SECONDO BIENNIO FISICA (Liceo Scientifico)

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1 SECONDO BIENNIO FISICA (Liceo Scientifico) Abilità Conoscenze ESAMINARE UNA SI- TUAZIONE FISICA FORMULANDO IPO- TESI ESPLICATIVE AT- TRAVERSO MODELLI O ANALOGIE O LEGGI FORMALIZZARE MA- TEMATICAMENTE UN PROBLEMA FISICO E APPLICARE GLI STRUMENTI MATE- MATICI E DISCIPLI- NARI RILEVANTI PER LA LORO RISOLUZIO- NE INTERPRETARE E/O ELABORARE DATI, ANCHE DI NATURA SPERIMENTALE, VE- Distinguere le grandezze scalari da quelle vettoriali. Studiare il moto dei proiettili. Calcolare le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme. Comprendere il concetto di forza centripeta e di forza centrifuga. Comprendere il moto armonico. Calcolare il lavoro fatto da una forza costante e da forze dissipative. Calcolare la potenza impiegata. Ricavare l energia cinetica di un corpo in relazione al lavoro svolto. Calcolare l energia potenziale gravitazionale e l energia potenziale elastica. Applicare il principio di conservazione dell energia meccanica. Calcolare il lavoro delle forze non conservative e il teorema lavoro-energia. Calcolare la quantità di moto di un corpo e l impulso di una forza. Applicare la legge di conservazione della quantità di moto. Analizzare casi di urti. Utilizzare le leggi di Keplero nello studio del moto dei corpi celesti. Applicare la legge di gravitazione di Newton. Comprendere la distinzione tra massa inerziale e massa gravitazionale. Calcolare la pressione esercitata dai liquidi. Applicare le leggi di Pascal, Stevino, Archimede nello studio dell equilibrio dei fluidi. Analizzare le condizioni di galleggiamento dei corpi. Comprendere il ruolo della pressione atmosferica. Calcolare le variazioni di dimensione dei corpi solidi e liquidi sottoposti a riscaldamento. Riconoscere i diversi tipi di trasformazione dei gas. Applicare le leggi di Boyle e di Gay-Lussac alle trasformazioni di un gas. Riconoscere le caratteristiche di un gas perfetto e saperne utilizzare l equazione di stato. Utilizzare la legge di Avogadro. Distinguere tra capacità termica dei corpi e calore specifico delle sostanze. Distinguere i diversi modi di trasmissione del calore. Comprendere il meccanismo di azione dell effetto serra naturale. I vettori e gli scalari. Il moto di un proiettile. Il moto armonico. Il lavoro e la potenza. L energia cinetica, l energia potenziale e la conservazione dell energia meccanica. La quantità di moto, l impulso di una forza e la conservazione della quantità di moto. La quantità di moto negli urti. Il momento angolare e il momento d inerzia. Le leggi di Keplero e la legge di gravitazione universale. I concetti di massa inerziale e massa gravitazionale. Il campo gravitazionale. I fluidi. La legge di Archimede. La corrente in un fluido e l equazione di Bernoulli. La temperatura e le scale. La dilatazione termica. Le trasformazioni di un gas e leggi di Boyle e di Gay- Lussac. Il gas perfetto. Lavoro e calore. Capacità termica, calore specifico e il potere calorifico. La conduzione del calore; l effetto serra. Passaggi tra stati di aggregazione. Gli scambi di energia. L energia interna di un sistema fisico. Il principio zero della termodinamica. Le trasformazioni. Il lavoro termodinamico. I principi della termodinamica. Il teorema e il ciclo di Carnot.

2 RIFICANDONE LA PERTINENZA AL MO- DELLO SCELTO DESCRIVERE IL PRO- CESSO ADOTTATO PER LA SOLUZIONE DI UN PROBLEMA E DI COMUNICARE I RI- SULTATI OTTENUTI VALUTANDONE LA COERENZA CON LA SITUAZIONE PRO- BLEMATICA PROPO- STA Comprendere come avvengono i passaggi tra i vari stati di aggregazione della materia. Calcolare l energia necessaria per realizzare i cambiamenti di stato. Indicare le variabili che identificano lo stato termodinamico di un sistema Definire il lavoro termodinamico. Descrivere le principali trasformazioni di un gas perfetto, come applicazioni del primo principio. Definire le trasformazioni cicliche. Descrivere il principio di funzionamento di una macchina termica. Descrivere il bilancio energetico di una macchina termica. Definire il rendimento di una macchina termica. Descrivere il ciclo di Carnot. Mettere a confronto i primi due enunciati del secondo principio e dimostrare la loro equivalenza. Analizzare e descrivere il funzionamento delle macchine termiche di uso quotidiano nella vita reale. Definire l entropia e descrivere le sue caratteristiche. Formulare il quarto enunciato del secondo principio e il terzo principio della termodinamica. Definire le onde. Ragionare sul principio di sovrapposizione e definire interferenza costruttiva e distruttiva su una corda e nel piano e nello spazio. Identificare il fenomeno dell elettrizzazione. Descrivere l elettroscopio e definire la carica elettrica elementare. Definire e descrivere l elettrizzazione per strofinio, contatto e induzione. Formulare e descrivere la legge di Coulomb. Definire la costante dielettrica relativa e assoluta. Definire il concetto di campo elettrico. Calcolare il campo elettrico prodotto da una o più cariche puntiformi. Definire il concetto di flusso elettrico e formulare il teorema di Gauss per l elettrostatica. Mettere a confronto campo elettrico e campo gravitazionale. Definire l energia potenziale elettrica e definire il potenziale elettrico. Definire la circuitazione del campo elettrico. Definire il condensatore e la sua capacità elettrica. Definire la capacità elettrica. Illustrare i collegamenti in serie e in parallelo di due o più condensatori. Dimostrare il teorema di Coulomb. Il motore dell automobile e il frigorifero. L entropia. Le onde. L interferenza. L elettrizzazione. La carica elettrica e la legge di Coulomb. Il vettore campo elettrico. Il flusso del campo elettrico e il teorema di Gauss. L energia potenziale elettrica e il potenziale elettrico. Il teorema di Coulomb. Capacità di un conduttore. I condensatori in serie e in parallelo. L intensità della corrente elettrica. I generatori di tensione e i circuiti elettrici. La prima legge di Ohm e la seconda legge di Ohm. I resistori in serie e in parallelo. Le leggi di Kirchoff. La trasformazione dell energia elettrica. La forza elettromotrice. Effetto Joule. I conduttori metallici Carica e scarica di un condensatore. L estrazione degli elettroni da un metallo. Effetto Volta e Seebeck. Effetto termoelettrico ed effetto termoionico. L elettrolisi. Conduzione elettrica nei gas. Le pile e gli accumulatori. I raggi catodici.

3 Definire l intensità di corrente elettrica. Definire il generatore ideale di tensione continua. Formalizzare la prima legge di Ohm. Definire la potenza elettrica. Discutere l effetto Joule. Calcolare la resistenza equivalente di resistori collegati in serie e in parallelo. Risolvere i circuiti. Definire il lavoro di estrazione e il potenziale di estrazione. Enunciare l effetto Volta. Analizzare l importanza delle applicazioni degli effetti termoionico, fotoelettrico, Volta e Seebeck nella realtà quotidiana e scientifica. Definire le sostanze elettrolitiche. Discutere il fenomeno dell emissione luminosa. Applicare la prima legge di Ohm alle sostanze elettrolitiche. Valutare l utilità e l impiego di pile e accumulatori. Descrivere gli strumenti che utilizzano tubi a raggi catodici Applicare le relazioni individuate al fine di risolvere i problemi proposti.

4 Abilità 5 ANNO FISICA (Liceo Scientifico) Conoscenze ESAMINARE UNA SI- TUAZIONE FISICA FORMULANDO IPOTESI ESPLICATIVE ATTRA- VERSO MODELLI O ANALOGIE O LEGGI FORMALIZZARE MA- TEMATICAMENTE UN PROBLEMA FISICO E APPLICARE GLI STRU- MENTI MATEMATICI E DISCIPLINARI RILE- VANTI PER LA LORO RISOLUZIONE INTERPRETARE E/O ELABORARE DATI, AN- CHE DI NATURA SPE- RIMENTALE, VERIFI- CANDONE LA PERTI- NENZA AL MODELLO SCELTO Descrivere e interpretare esperimenti che mostrino il fenomeno dell induzione elettromagnetica. Discutere il significato fisico degli aspetti formali dell equazione della legge di Faraday-Neumann-Lenz. Descrivere, anche formalmente, le relazioni tra forza di Lorentz e forza elettromotrice indotta. Utilizzare la legge di Lenz per individuare il verso della corrente indotta e interpretare il risultato alla luce della conservazione dell energia. Calcolare le variazioni di flusso di campo magnetico. Calcolare correnti e forze elettromotrici indotte utilizzando la legge di Faraday- Neumann-Lenz anche in forma differenziale. Derivare e calcolare l induttanza di un solenoide. Determinare l energia associata ad un campo magnetico. Illustrare le implicazioni delle equazioni di Maxwell nel vuoto espresse in termini di flusso e circuitazione. Discutere il concetto di corrente di spostamento e il suo ruolo nel quadro complessivo delle equazioni di Maxwell. Calcolare le grandezze caratteristiche delle onde elettromagnetiche piane. Applicare il concetto di trasporto di energia di un onda elettromagnetica. Descrivere lo spettro elettromagnetico ordinato in frequenza e in lunghezza d onda. Illustrare gli effetti e le principali applicazioni delle onde elettromagnetiche in funzione della lunghezza d'onda e della frequenza. Applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze e saper individuare in quali casi si applica il limite non relativistico. Utilizzare le trasformazioni di Lorentz. Applicare la legge di addizione relativistica delle velocità. Applicare l equivalenza massa-energia in situazioni concrete tratte da esempi di decadimenti radioattivi, reazioni di fissione o di fusione nucleare. Illustrare come la relatività abbia rivoluzionato i concetti di spazio, tempo, materia e Energia. Illustrare il modello del corpo nero interpretandone la curva di emissione in base alla legge di distribuzione di Planck. La forza magnetica e le linee del campo magnetico. Forze tra magneti e correnti e forze tra correnti. L intensità del campo magnetico. La forza magnetica su un filo percorso da corrente. Il campo magnetico di un filo percorso da corrente. Il campo magnetico di una spira e di un solenoide. Il motore elettrico. L amperometro e il voltmetro. La forza di Lorentz. Forza elettrica e magnetica. Il moto di una carica in un campo magnetico uniforme. Applicazioni sperimentali del moto di cariche in campi magnetici. Il flusso del campo magnetico. La circuitazione del campo. Applicazioni del teorema di Ampère. Le proprietà magnetiche dei materiali. Il fenomeno della induzione elettromagnetica: la forza elettromotrice indotta e sua origine. Legge di Faraday-Neumann-Lenz. Le correnti indotte tra circuiti. Il fenomeno della autoinduzione e il concetto di induttanza. Energia associata a un campo Magnetico. Relazione tra campi elettrici e magnetici variabili. La corrente di spostamento. Sintesi dell elettromagnetismo: le equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche piane e loro proprietà. La polarizzazione delle onde elettromagnetiche. L energia e l impulso trasportato da un onda elettromagnetica. Cenni sulla propagazione della luce nei mezzi isolanti, costante dielettrica e indice di rifrazione. Lo spettro delle onde elettromagnetiche. La produzione delle onde elettromagnetiche.

5 DESCRIVERE IL PRO- CESSO ADOTTATO PER LA SOLUZIONE DI UN PROBLEMA E DI CO- MUNICARE I RISULTATI OTTENUTI VALUTAN- DONE LA COERENZA CON LA SITUAZIONE PROBLEMATICA PRO- POSTA Applicare le leggi di Stefan-Boltzmann e di Wien, saperne riconoscere la natura fenomenologica. Illustrare e applicare la legge dell effetto Compton. Discutere il dualismo onda-corpuscolo. Calcolare le frequenze emesse per transizione dai livelli dell atomo di Bohr. Calcolare la lunghezza d onda di una particella e confrontarla con la lunghezza d onda di un oggetto macroscopico. Descrivere la condizione di quantizzazione dell'atomo di Bohr usando la relazione di De Broglie. Calcolare l indeterminazione quantistica sulla posizione/quantità di moto di una particella. Analizzare esperimenti di interferenza e diffrazione di particelle, illustrando anche formalmente come essi possano essere interpretati a partire dalla relazione di De Broglie sulla base del principio di sovrapposizione. Saper illustrare almeno un aspetto della ricerca scientifica contemporanea o dello sviluppo della tecnologia o delle problematiche legate alle risorse energetiche. Applicare le relazioni individuate al fine di risolvere i problemi proposti. Le applicazioni delle onde elettromagnetiche nelle varie bande di frequenza. Dalla relatività galileiana alla relatività ristretta. I postulati della relatività ristretta. Relatività della simultaneità degli eventi. Dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze. Evidenze sperimentali degli effetti relativistici. Trasformazioni di Lorentz Legge di addizione relativistica delle velocità; limite non relativistico: addizione galileiana delle velocità. L Invariante relativistico. La conservazione della quantità di moto relativistica. Massa ed energia in relatività. L emissione di corpo nero e l ipotesi di Planck. L esperimento di Lenard e la spiegazione di Einstein dell effetto fotoelettrico. L effetto Compton. Modello dell'atomo di Bohr e interpretazione degli spettri atomici. L esperimento di Franck Hertz. Lunghezza d onda di De Broglie. Dualismo onda-particella. Limiti di validità della descrizione classica. Diffrazione/Interferenza degli elettroni. Il principio di indeterminazione. Sarà affrontato lo studio di uno o più argomenti di Fisica Moderna nel campo dell astrofisica, della cosmologia, delle particelle elementari, dell energia nucleare, dei semiconduttori, delle micro e nano-tecnologie.