ISTITUTO LICEALE S. PIZZI PROGRAMMAZIONE DI FISICA QUINTO ANNO LICEO SCIENTIFICO A.S

Transcript

1 ISTITUTO LICEALE S. PIZZI PROGRAMMAZIONE DI FISICA QUINTO ANNO LICEO SCIENTIFICO A.S

2 PREMESSA Al termine del percorso liceale lo studente avrà appreso i concetti fondamentali della fisica, le leggi e le teorie che li esplicitano, acquisendo consapevolezza del valore conoscitivo della disciplina e del nesso tra lo sviluppo della conoscenza fisica ed il concetto storico e filosofico in cui essa si è sviluppata. In particolare, lo studente avrà acquisito le seguenti competenze: osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi; formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione; fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative, raccolta e analisi critica dei dati e dell affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o validazione dei modelli; comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. La libertà, la competenza e la sensibilità dell insegnante che valuterà di volta in volta il percorso didattico più adeguato alla singola classe svolgeranno un ruolo fondamentale nel trovare un raccordo con altri insegnamenti ( in particolare con quelli di matematica, scienze, storia e filosofia ) e nel promuovere collaborazioni tra Istituzione scolastica e Università, enti di ricerca, musei della scienza e mondo del lavoro, soprattutto a vantaggio degli studenti degli ultimi due anni. Dopo aver approfondito la meccanica dal punto di vista formale, affrontato la termodinamica ed iniziato lo studio dell elettromagnetismo al SECONDO BIENNIO, nel QUINTO ANNO si conclude l elettromagnetismo e si affronta la fisica moderna. Obiettivi specifici della disciplina Lo studio della fisica nel QUINTO ANNO continuerà a contribuire all acquisizione di un bagaglio di conoscenze scientifiche adeguato, allo sviluppo di specifiche capacità di vagliare e correlare le conoscenze e le informazioni scientifiche, raccolte anche al di fuori della scuola, recependole criticamente e inquadrandole in un unico contesto. Al termine del corso di studi gli allievi dovranno aver acquisito una cultura scientifica di base che permetta loro una visione critica ed organica della realtà sperimentale. Gli obiettivi specifici della disciplina per il quinto anno sono: far comprendere i procedimenti caratteristici dell'indagine scientifica, il continuo rapporto fra costruzione teorica e attività sperimentale, la potenzialità e i limiti delle conoscenze scientifiche. far comprendere i procedimenti caratteristici dell'indagine scientifica, il continuo rapporto fra costruzione teorica e attività sperimentale, la potenzialità e i limiti delle conoscenze scientifiche; rafforzare la capacità di analizzare i fenomeni attraverso l attività di laboratorio, che alternativamente può assumere carattere di indagine o di verifica; potenziare le capacità di analisi, di schematizzazione, di far modelli interpretativi, di sintesi e di rielaborazione personale con eventuali approfondimenti; consolidare la capacità di applicare i contenuti acquisiti nello svolgimento di esercizi e problemi, visti non come pura applicazione delle formule, ma come analisi del particolare fenomeno studiato; consolidare l'acquisizione e l'uso di una terminologia precisa ed appropriata, potenziare le capacità di astrazione, di formalizzazione, di collegare gli argomenti e cogliere i nessi fra le varie discipline; attraverso un approccio storico e filosofico, far comprendere che la scienza è una attività radicata nella società in cui si sviluppa e che i mutamenti delle idee scientifiche, delle teorie, dei metodi e degli scopi, si collocano all'interno di quello più vasto della società nel suo complesso.

3 Competenze disciplinari Alla fine del quinto anno gli allevi dovranno essere in grado di: possedere un linguaggio di tipo scientifico; analizzare un fenomeno o un problema riuscendo ad individuare gli elementi significativi, le relazioni, e riuscendo a collegare premesse e conseguenze ;eseguire in modo corretto misure con chiara consapevolezza delle operazioni effettuate e degli strumenti utilizzati; esaminare dati e ricavare informazioni significative da tabelle, grafici ed altra documentazione; inquadrare in un medesimo schema logico situazioni diverse riconoscendo analogie o differenze, proprietà varianti ed invarianti; trarre deduzioni teoriche e confrontarle con i risultati sperimentali, riuscendo ad individuare collegamenti ed analogie tra i diversi fenomeni; proporre semplici esperimenti in laboratorio; saper descrivere le apparecchiature e le procedure utilizzate in laboratorio e aver sviluppato abilità operative connesse con l uso di tali strumenti; relazionare sinteticamente e in modo completo sulle esperienze svolte in laboratorio. L acquisizione di tali competenze sarà possibile con l opportuno utilizzo del laboratorio in collaborazione con il tecnico in servizio presso l Istituto. Indicazione Metodologiche Generali Sul piano della metodologia sono fondamentali tre momenti interdipendenti: Elaborazione teorica che a partire dalla formulazione di alcune ipotesi o principi deve gradualmente portare l allievo a comprendere come interpretare e unificare un ampia classe di fatti sperimentali e avanzare possibili previsioni, favorendo negli allievi stessi lo sviluppo delle capacità di sintesi e di valutazione; Realizzazione di esperimenti (di cattedra o di gruppo) che vedano gli allievi sempre attivamente impegnati sia nel seguire le esperienze realizzate dal docente, sia nel realizzarle direttamente, sia nel saper relazionare sull attività di laboratorio; Applicazione dei contenuti acquisiti attraverso esercizi e problemi, che non devono essere intesi come un automatica applicazione di formule, ma come un analisi critica del particolare fenomeno studiato, e considerati strumenti idonei ad educare gli allievi a giustificare logicamente le varie fasi del processo di risoluzione. L attività di laboratorio è principalmente diretta agli allievi e inserita nella trattazione dei temi affrontati di volta in volta. Anche l utilizzazione degli strumenti di elaborazione (Word ed Excel o programmi di simulazione) può essere inserita, in momenti opportuni, nell attività didattica. Le lezioni saranno di tipo frontale, con dibattiti in classe guidati dall insegnante, con momenti di lavoro cooperativo sia in classe sia in laboratorio. L attività di laboratorio è da ritenersi fondamentale e non sostituibile per l educazione al saper fare.

4 Strumenti di verifica Per la verifica dei livelli di apprendimento saranno utilizzati colloqui o interrogazioni per accertare la conoscenza degli argomenti trattati, chiarire dubbi, approfondire o integrare prove scritte che comprenderanno esercizi e problemi non limitati ad una automatica applicazione di formule, ma orientati sia all'analisi critica del fenomeno considerato, sia alla giustificazione logica delle varie fasi del processo di risoluzione anche in vista di una eventuale prova scritta all esame di stato. questionari scritti, a risposta singola o multipla, in sostituzione o a completamento delle verifiche orali, per abituare gli studenti alla risoluzione dei quesiti proposti nella terza prova dell Esame di Stato relazioni di laboratorio di gruppo o singole Modalità di valutazione Ai fini della valutazione, si osserverà la capacità dell'allievo di: conoscere e applicare i contenuti acquisiti; conferire con un linguaggio corretto le teorie; partecipare in modo costruttivo e critico alle lezioni; analizzare e sintetizzare un quesito; prospettare soluzioni, verificarle e formalizzarle. La descrizione del procedimento (utilizzando la simbologia matematica) sarà privilegiata rispetto al calcolo il cui risultato dovrà essere previsto almeno nell'ordine di grandezza, così da valutare le soluzioni ottenute. Inoltre, la valutazione complessiva terrà conto degli interventi dal posto, durante le discussioni a cui parteciperà tutto il gruppo classe, la partecipazione a progetti ed attività scientifiche, la puntualità nello svolgere il lavoro a casa e il rispetto delle scadenze. I requisiti minimi per la sufficienza sono riscontrabili nell acquisizione delle conoscenze e abilità minime sui contenuti trattati ; nel saper utilizzare un lessico specifico (di base) della disciplina ; nel saper individuare le informazioni da un contesto problematico; nel saper organizzare i dati mediante opportune relazioni per giungere alla risoluzione di esercizi e semplici problemi.

5 Contenuti del programma di fisica Classe quinta Tem pi Settembre Unità Contenuti Competenze Recupero di prerequisiti Richiami su fenomeni elettrici e campo elettrico, fenomeni magnetici e campo magnetico Essere in grado di usare la Legge di Coulomb per calcolare e rappresentare il campo elettrico Essere in grado di enunciare il concetto di flusso di un vettore e il teorema di Gauss. Essere in grado di descrivere il potenziale e di descrivere la relazione tra potenziale e campo elettrico. Essere in grado di definire la d.d.p., di calcolare il campo elettrico, definire la capacità di un condensatore, esprimere l energia immagazzinata. Essere in grado di definire e discutere i concetti di corrente elettrica, resistenza e forza elettromotrice, di enunciare la legge di Ohm Saper descrivere la relazione tra differenza di potenziale, corrente e potenza.. Essere in grado di enunciare i principi di Kirchhoff e di usarli per analizzare circuiti in corrente continua. Essere in grado di descrivere la forza magnetica che agisce su un elemento di corrente e su una carica elettrica in moto che si trovino in un campo magnetico. Essere in grado di enunciare il teorema di Ampère Essere in grado di descrivere B in punti vicini ad un lungo filo, a due fili conduttori paralleli, in una spira, in un solenoide. Essere in grado di enunciare il teorema di Gauss per il magnetismo Ottobre Induzione elettromagnetica La corrente indotta. La legge di Faraday- Neumann. La legge di Lenz. L auto induzione e la mutua induzione. Energia e densità di energia del campo magnetico. L alternatore. Gli elementi circuitali fondamentali in corrente alternata. Circuiti ohmici, induttivi e capacitivi. Il trasformatore. Analizzare il meccanismo che porta alla generazione di una corrente indotta. Formulare e dimostrare la legge di Faraday-Neumann. Capire qual è il verso della corrente indotta. Formulare la legge di Lenz. Definire le correnti di Foucault. Analizzare i fenomeni dell autoinduzione e della mutua induzione. Analizzare il funzionamento di un alternatore e presentare i circuiti in corrente alternata. Definire i coefficienti di auto e mutua induzione. Individuare i valori efficaci di corrente alternata e tensione alternata. Rappresentare i circuiti in corrente alternata e discuterne il bilancio energetico. Risolvere i circuiti in corrente alternata. Utilizzare le relazioni matematiche individuate per risolvere i problemi relativi a ogni singola situazione descritta.

6 Novembre Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche Il campo elettrico indotto. Il termine mancante. Le equazioni di Maxwell e il campo elettromagnetico. Le onde elettromagnetiche. Le onde elettromagnetiche piane. La polarizzazione della luce. Lo spettro elettromagnetico: onde radioe microonde, raggi x e raggi gamma. Analizzare e calcolare la circuitazione del campo elettrico indotto. Formulare l espressione matematica relativa alla circuitazione del campo magnetico secondo Maxwell. Capire se si può definire un potenziale elettrico per il campo elettrico indotto. Individuare cosa rappresenta la corrente di spostamento. Esporre e discutere le equazioni di Maxwell nel caso statico e nel caso generale. Definire le caratteristiche di un onda elettro-magnetica e analizzarne la propagazione. Definire il profilo spaziale di un onda elettromagnetica piana. Analizzare la propagazione nel tempo di un onda elettromagnetica Descrivere il fenomeno della polarizzazione e enunciare la legge di Malus. Analizzare le diverse parti dello spettro elettromagnetico Affrontare correttamente la soluzione dei problemi, anche solo teorici, proposti. Dicembre La relatività dello spazio e del tempo Il valore numerico della velocità della luce. L esperimento di Mchelson-Morley. Gli assiomi della teoria della relatività ristretta. La relatività della simultaneità. La dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze. L invarianza delle lunghezze perpendicolari al moto relativo. Le trasformazioni di Lorentz Saper descrivere e discutere l esperimento di Michelson-Morley. Saper formulare gli assiomi della relatività ristretta. Saper analizzare la relatività del concetto di simultaneità. Saper individuare l intervallo di tempo proprio e la lunghezza propria. Saper giustificare teoricamente la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze. Saper formulare le trasformazioni di Lorentz e comprenderne l estensione di validità rispetto alle trasformazioni galileiane. Affrontare correttamente la soluzione dei problemi proposti. Gennaio Febbraio La relatività ristretta L intervallo invariante. Lo spazio quadridimensionale. La composizione delle velocità. L equivalenza massa-energia. energia totale, massa e quantità di moto in dinamica relativistica. L effetto Doppler relativistico. Saper introdurre l intervallo invariante tra due eventi e discuterne la forma nei diversi spazi geometrici. Saper analizzare la composizione delle velocità alla luce della teoria della relatività. Saper formulare e discutere le espressioni della massa, della quantità di moto e dell energia totale in meccanica relativistica. Essere in grado di mettere a confronto l effetto Doppler per il suono e l effetto Doppler per la luce.

7 Marzo Aprile La crisi della fisica classica la fisica quantistica Il corpo nero e l ipotesi di Planck. L effetto fotoelettrico. La quantizzazione della luce secondo Einstein. L effetto Compton. Lo spettro dell atomo di idrogeno. L esperimento di Rutherford. L esperimento di Millikan. Il modello di Bohr. I livelli energetici di un elettrone nell atomo di idrogeno. L esperimento di Franck e Hertz. Saper illustrare i risultati sperimentali della radiazione di un corpo nero e dell effetto fotoelettrico. Saper riconoscere l inadeguatezza della teoria dell elettromagnetismo classico. Saper illustrare le teorie quantistiche per il corpo nero, l effetto fotoelettrico e l effetto Compton. Saper inquadrare l evoluzione dei modelli atomici fino al modello quantistico. Saper calcolare l energia totale di un elettrone in un atomo di idrogeno. Saper come si calcolano i livelli energetici di un elettrone nell atomo di idrogeno e la formulazione del principio di esclusione di Pauli Aprile Maggio Maggio Giugno La fisica quantistica La fisica nucleare Le proprietà ondulatorie della materia. Il principio di indeterminazione. Le onde di probabilità. Il principio di Heisenberg. Proprietà dei nuclei: grandezza e forma, massa ed energia di legame. Radioattività naturale e legge del decadimento radioattivo Tempo di dimezzamento e datazione radioattiva. Fusione, fissione e reattori nucleari. Le particelle elementari Saper illustrare il dualismo onda-corpuscolo e formulare la relazione di de Broglie. Saper identificare le particelle che seguono la distribuzione statistica di Bose-Einstein e quelle che seguono la distribuzione statistica di Fermi-Dirac Saper illustrare le due forme del principio di indeterminazione di Heisenberg.. Saper individuare le particelle del nucleo e le loro caratteristiche. Saper descrivere le caratteristiche della forza nucleare. Saper mettere in relazione il difetto di massa e l energia di legame del nucleo. Saper descrivere il fenomeno della radioattività. Saper formulare la legge del decadimento radioattivo. Saper definire l interazione debole. Saper descrivere il funzionamento delle centrali nucleari e dei reattori a fusione nucleare. Essere in grado di discutere rischi e benefici della produzione di energia nucleare