Liceo Scientifico Statale G. Galilei

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1 Liceo Scientifico Statale G. Galilei Via A. Moro, Borgomanero (NO) - Tel. e Fax ; nops04000x@istruzione.it con sez. staccata di Gozzano PIANO DI LAVORO DI FISICA CLASSI QUINTE Anno Scolastico 2018/2019 5A 5B 5D 5F Prof. Maurizio Medina Prof. Maurizio Medina Prof.ssa Cristina Galli Prof.ssa Michela Manfredi FINALITA Come da indicazioni Nazionali relative al secondo biennio e in particolare alla classe quinta il percorso didattico darà maggior rilievo all impianto teorico (le leggi della Fisica) e alla sintesi formale (strumenti e modelli matematici), con l obiettivo di formulare e risolvere problemi più impegnativi, tratti anche dall esperienza quotidiana, sottolineando la natura quantitativa e predittiva delle leggi fisiche. Inoltre, l attività sperimentale consentirà allo studente di discutere e costruire concetti, progettare e condurre osservazioni e misure, confrontare esperimenti e teorie. Lo studio dei fenomeni elettrici e magnetici permetterà allo studente di esaminare criticamente il concetto di interazione a distanza, già incontrato con la legge di gravitazione universale, e di arrivare al suo superamento mediante l introduzione di interazioni mediate dal campo elettrico, del quale si darà anche una descrizione in termini di energia e potenziale, e dal campo magnetico. Lo studente completerà lo studio dell elettromagnetismo con l induzione magnetica e le sue applicazioni, per giungere, privilegiando gli aspetti concettuali, alla sintesi costituita dalle equazioni di Maxwell. Lo studente affronterà anche lo studio delle onde elettromagnetiche, della loro produzione e propagazione, dei loro effetti e delle loro applicazioni nelle varie bande di frequenza. Il percorso didattico comprenderà le conoscenze sviluppate nel XX secolo relative al microcosmo e al macrocosmo, accostando le problematiche che storicamente hanno portato ai nuovi concetti di spazio e tempo, massa ed energia. Lo studio della teoria della relatività ristretta di Einstein porterà lo studente a confrontarsi con la simultaneità degli eventi, la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze; l aver affrontato l equivalenza massaenergia gli permetterà di sviluppare un interpretazione energetica dei fenomeni nucleari (radioattività, fissione, fusione). L affermarsi del modello del quanto di luce potrà essere introdotto attraverso lo studio della radiazione termica e dell ipotesi di Planck (affrontati anche solo in modo qualitativo), e sarà sviluppato da un lato con lo studio dell effetto fotoelettrico e della sua interpretazione da parte di Einstein, e dall altro lato con la discussione delle teorie e dei risultati sperimentali che evidenziano la presenza di livelli energetici discreti nell atomo

2 OBIETTIVI E CONTENUTI Nella seguente tavola di programmazione vengono sintetizzati i contenuti legati agli obiettivi fissati e scansionati in riferimento al libro di testo in adozione. Modulo Unità Conoscenze Abilità La corrente elettrica. Rappresentare un circuito elettrico Il circuito elettrico. elementare indicando i suoi componenti. La prima legge di Ohm. Calcolare l intensità di una corrente elettrica. 18. Leggi L effetto Joule. Risolvere semplici circuiti elettrici applicando di Ohm La seconda legge di Ohm. le leggi di Ohm. Calcolare la resistenza di un La relazione tra resistività e temperatura. filo conduttore in funzione della sua La corrente elettrica nei fluidi. temperatura. CORRENTI ELETTRICHE MAGNETISMO ELETTROMAGNETISMO Unità 19. Circuiti elettrici. Unità 20. Campi magnetici Unità 21. Induzione elettroma gnetica Il generatore. Resistori in serie e in parallelo. Le leggi di Kirchoff. Circuiti elettrici. Condensatori in serie e in parallelo. Carica e scarica dei condensatori: circuiti RC. Il campo magnetico Il campo magnetico terrestre L esperienza di Oersted e Ampere Il vettore campo magnetico La forza di Lorentz Il filo rettilineo La spira circolare Il solenoide L origine del magnetismo e la materia Il motore elettrico Il flusso del campo magnetico La circuitazione del campo magnetico Il moto delle cariche elettriche in un campo magnetico Correnti inndotte Legge di Faraday Newmann Legge di Lenz L autoinduzione Extracorrenti di chiusura e di apertura Energia del campo magnetico L alternatore Le caratteristiche della corrente alternata Il trasformatore statico Calcolare la resistenza equivalente di un circuito. Fare il bilancio energetico di un circuito attraversato da corrente. Descrivere, anche matematicamente, il processo di carica e di scarica di un condensatore. Descrivere fenomeni magnetici e interpretarli in termini di campo. Definire, il campo magnetico in una regione dello spazio. Calcolare e rappresentare vettorialmente il campo magnetico di particolari distribuzioni di correnti continue: filo rettilineo, spira circolare e solenoide. Calcolare la forza su un tratto di conduttore percorso da corrente e immerso in un campo magnetico. Calcolare la forza tra fili percorsi da corrente. Determinare il momento meccanico su una spira percorsa da corrente e immersa in un campo magnetico. Calcolare il flusso e la circuitazione di un campo magnetico. Calcolare la forza di Lorentz su una carica in moto in un campo magnetico. Calcolare il raggio della traiettoria circolare descritta da una carica in un campo magnetico. Descrivere il comportamento microscopica di una sostanza dia para - ferromagnetica Descrivere il ciclo di isteresi Descrivere esperimenti in cui si producono correnti indotte. Calcolare la forza elettromotrice indotta e la corrente indotta. Stabilire il verso di circolazione della corrente indotta. Ricavare l induttanza di un solenoide. Rappresentare, in funzione del tempo, la corrente di un circuito RL alimentato in continua. Ricavare l espressione dell energia e della densità di energia di un campo magnetico. Spiegare il principio di funzionamento di un alternatore e di un trasformatore.

3 TEORIA DELLA RELATIVITÀ Unità 22. Equazioni di Maxwell Unità 23. Relatività ristretta Unità 24. Relatività generale Circuitazione del campo elettrico indotto La corrente di spostamento Le equazioni di Maxwell La velocità delle onde elettromagnetiche Le caratteristiche delle onde elettromagnetiche Lo spettro elettromagnetico La fisica agli inizi del 900 L esperimento di Michelson e Morley e il problema dell etere. I postulati della relatività ristretta. Critica al concetto di simultaneità La dilatazione dei tempi. La contrazione delle lunghezze. Le equazioni di trasformazione di Lorentz. La composizione relativistica delle velocità. L invariante spazio-temporale Dinamica relativistica Massa ed energia Invariante energia-quantità di moto L elettromagnetismo e la dinamica relativistica. Relazione tra massa inerziale e massa gravitazionale Principio di equivalenza forte: gravità e accelerazione Principio di relatività generale: gravità e elettromagnetismo Spazio-tempo curvo: gravitazione e inerzia come proprietà geometriche Scrivere, enunciare e spiegare correttamente le quattro equazioni di Maxwell. Mostrare come le equazioni di Maxwell prevedono l esistenza delle onde elettromagnetiche. Ricavare la velocità di propagazione di un onda elettromagnetica. Descrivere lo spettro delle onde elettromagnetiche. Esporre le problematiche da cui ha preso l avvio la teoria della relatività ristretta. Descrivere l esperimento di Michelson e Morley e la sua importanza storica. Enunciare gli assiomi della relatività ristretta e mostrare come da essi discendano la dilatazione dei tempi e la contrazione delle distanze. Scrivere correttamente le equazioni di trasformazione di Lorentz e spiegarle. Scrivere le formule relativistiche della massa, dell energia totale e dell energia cinetica e interpretarle. Definire l energia di massa a riposo e calcolarla. Calcolare l energia in joule e in elettronvolt. Ricavare la relazione tra energia e quantità di moto. Enunciare il principio di equivalenza e il principio di relatività generale, illustrando alcune implicazioni. Usare le geometrie non euclidee come modello di spazio-tempo curvo LA STRUTTURA DELLA MATERIA Unità 25. Dalla crisi della fisica classica alla quantizza zione Unità 26. La teoria quantistic a Il corpo nero La catastrofe ultravioletta Plank e l ipotesi dei quanti L effetto fotoelettrico Effetto Compton Spettroscopia I primi modelli dell atomo: Thompson, Rutherford Bohr Perfezionamenti del modello atomico Nascita della meccanica quantistica De Broglie e il comportamento ondulatorio della materia L esperimento di Davisson e Germer Esperimento della doppia fenditura Dualismo onda-particella L equazione di Schrödinger, la funzione d onda e la sua interpretazione probabilistica. Principio di indeterminazione di Heisemberg Descrivere le problematiche inerenti la distribuzione di energia di un corpo nero e la sua interpretazione classica. Descrivere la soluzione proposta da Planck per il corpo nero. Descrivere l effetto fotoelettrico e l interpretazione di Einstein. Descrivere i primi modelli atomici fino a quello all atomo di Bohr. Mostrare come il modello di Bohr rende ragione degli spettri di emissione e di assorbimento degli atomi. Descrivere l effetto Compton Calcolare la quantità di moto associata a un fotone di determinata lunghezza d onda o frequenza. Calcolare la lunghezza d onda di de Broglie di una particella materiale. Valutare, a partire dal principio di indeterminazione, le incertezze sulla posizione o sulla quantità di moto di una particella. Si prevede di svolgere le unità 18, 19 e 20 del volume di quarta e dalla 21 alla 25 del volume di quinta. Si auspica di poter affrontare in maniera completa anche l unità 26.

4 Rimarrà pertanto a discrezione dell insegnante e compatibilmente con il tempo a disposizione alla fine del secondo quadrimestre scegliere di accennare ai contenuti presenti nell ultimo modulo. OBIETTIVI MINIMI. Sono ritenuti obiettivi minimi le conoscenze teoriche dei vari argomenti e l applicazione delle leggi studiate agli esercizi con richieste dirette (con riferimento alla suddivisione del libro gli esercizi proposti per ogni argomento alla fine dell unità sono obiettivi minimi e non i problemi ). CRITERI E STRUMENTI DI MISURAZIONE E VALUTAZIONE CRITERI. Come concordato nella riunione di dipartimento la valutazione, sulla base degli obiettivi definiti inizialmente, terrà conto di: Comportamento, inteso come crescita della personalità; Interesse nel corso delle attività curriculari; Impegno nell attività di studio a casa e a scuola; Acquisizione dei contenuti disciplinari; Competenza comunicativa; Capacità di analisi, di rielaborazione e di sintesi; Progressi compiuti in relazione alla situazione di partenza. Gli alunni saranno informati sulla modalità di svolgimento delle prove e sui criteri di misurazione e valutazione delle stesse. STRUMENTI. Allo scopo di avere un maggior numero di elementi diversi atti a verificare l acquisizione e il possesso di abilità sarà opportuno coniugare verifiche di diverso genere, tra le quali: Colloqui aperti all interno del gruppo classe (formativi); Verifiche scritte (almeno due per quadrimestre) Verifiche scritte valide per la valutazione orale (almeno due per quadrimestre, sottoforma di questionari, domande aperte) Interrogazioni individuali (in caso di situazioni insufficienti dopo le verifiche scritte valide per la valutazione orale) Si prevede di svolgere a quadrimestre una verifica comune (in parallelo con le altre classi quinte) con la medesima griglia di valutazione. STRUMENTI DI LAVORO Libri di testo: Phoenomena LS2 e Phoenomena LS3 Fabbri, Masini. Ed. SEI. L insegnante fornirà agli alunni, qualora fosse necessario, schede fotocopiate (relative a letture o approfondimenti) e indicherà i contenuti multimediali collegati al libro misto in adozione. Potranno essere utilizzati i laboratori di fisica e di informatica. ATTIVITA DI RECUPERO/SOSTEGNO Per gli studenti della classe quinta non sono previsti attività di sportello/recupero. Borgomanero, ottobre 2017 Gli insegnanti

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