ANNO SCOLASTICO 2014/2015

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1 LICEO SCIENTIFICO G. GALILEI ANNO SCOLASTICO 2014/2015 PERCORSO FORMATIVO PREVENTIVO DOCENTE Flaim Agnese CLASSE 4^ E DISCIPLINA Fisica

2 Argomenti Le leggi dei gas ideali e la teoria cinetica Conoscenze L unità di massa atomica e la massa molecolare. La mole. Il numero di moli. Il numero di Avogadro. La massa per mole e la massa di una particella. Il gas perfetto e la temperatura assoluta. L equazione di stato di un gas perfetto. La costante di Boltzmann. Gas reali e gas perfetti. La legge di Boyle. Le leggi di Gay-Lussac. La distribuzione delle velocità molecolari. La teoria cinetica dei gas. La velocità quadratica media. OBIETTIVI Abilità Calcolare i valori di mole, massa molecolare di una sostanza e massa di una particella. Il numero di Avogadro. Saper utilizzare l equazione di stato dei gas. Applicare la legge di Boyle e le leggi di Gay-Lussac. Interpretare la pressione esercitata da un gas in funzione degli urti tra le molecole del gas e le pareti del contenitore. Mettere in relazione la temperatura assoluta e l energia cinetica media delle molecole di un gas. Calcolare la velocità quadratica media delle molecole e analizzare la distribuzione delle velocità. La termodinamica Concetto di sistema termodinamico. Stato di un sistema. L equilibrio termico. Il principio zero della termodinamica. Il primo principio della termodinamica e il suo significato. I segni convenzionali di Q e L. L energia interna. Le trasformazioni termodinamiche. Il lavoro termodinamico. Il lavoro compiuto nelle trasformazioni isoterme, adiabatiche, isobare e isocore di un gas perfetto. I calori specifici di un gas perfetto. Il concetto di macchina termica. Il rendimento di una macchina termica. Il secondo principio della termodinamica. Enunciati di Kelvin e di Clausius del secondo principio. Le trasformazioni reversibili. Il teorema di Carnot. La macchina di Carnot e il suo rendimento. Il principio di funzionamento e il coefficiente di prestazione di frigoriferi, condizionatori e pompe di calore. L entropia di un sistema termodinamico. Il secondo principio della termodinamica in termini di entropia. L energia non utilizzabile. Entropia e disordine. Il terzo principio della termodinamica. Applicare il primo principio della termodinamica alle trasformazioni quasistatiche. Calcolare il lavoro svolto nelle trasformazioni termodinamiche. Distinguere tra i calori specifici, a pressione e a volume costante, di un gas e saperli calcolare. Calcolare il rendimento di una macchina termica. Riconoscere l equivalenza dei diversi enunciati del secondo principio. Calcolare il coefficiente di prestazione di macchine frigorifere, condizionatori e pompe di calore. Calcolare la variazione di entropia nelle trasformazioni termodinamiche.

3 Forze elettriche e campi elettrici Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico L origine dell elettricità. La carica elementare. La quantizzazione della carica. La conservazione della carica elettrica. I materiali conduttori e gli isolanti. I metodi di elettrizzazione. La polarizzazione. La forza tra cariche puntiformi. La legge di Coulomb. La costante dielettrica del vuoto. Il principio di sovrapposizione. Il concetto di campo elettrico e la sua definizione. La sovrapposizione di campi elettrici. Il campo elettrico generato da una carica puntiforme. Il condensatore piano. Il campo elettrico all interno di un condensatore piano. L esperimento di Millikan. Le linee di forza del campo elettrico. Il campo elettrico all interno di un conduttore. Il flusso del campo elettrico. Il vettore area. Il teorema di Gauss. Lavoro ed energia potenziale elettrica. Conservatività della forza elettrica. Energia potenziale di due cariche puntiformi e di un sistema di cariche. Il potenziale elettrico e la sua unità di misura. La differenza di potenziale elettrico. L elettronvolt. La differenza di potenziale creata da cariche puntiformi. Il potenziale elettrico di un sistema di cariche. Le superfici equipotenziali. Il lavoro su una superficie equipotenziale. Il legame tra potenziale e campo elettrico. La circuitazione di un campo vettoriale e di un campo elettrico. I condensatori e la loro capacità. Carica sulle armature di un condensatore. La costante dielettrica relativa e la forza di Coulomb nella materia. Capacità di un condensatore a facce piane e parallele. L energia immagazzinata nei condensatori. L esperimento di Thomson. La densità di energia. Applicazioni biomediche della differenza di potenziale elettrico: la conduzione di segnali elettrici nei neuroni, la fisica dei segnali nervosi, tecniche diagnostiche. Interpretare l origine dell elettricità a livello microscopico. Saper distinguere i metodi di elettrizzazione. Saper mettere a confronto elettrizzazione e polarizzazione. Realizzare il parallelo con la legge di gravitazione universale. Determinare la forza che agisce tra corpi carichi, applicando la legge di Coulomb e il principio di sovrapposizione. Definire il campo elettrico, applicando anche il principio di sovrapposizione. Rappresentare e interpretare un campoelettrico attraverso le linee di forza. Utilizzare il teorema di Gauss per calcolare il campo elettrico in alcune situazioni. Confrontare l energia potenziale elettrica e meccanica. Calcolare il potenziale elettrico determinato da una o più cariche. Individuare il movimento delle cariche in funzione del valore del potenziale. Applicare al campo elettrico il significato della circuitazione di un campo vettoriale. Conoscere il ruolo della materia nel determinare la forza di Coulomb. Calcolare la capacità di un condensatore a facce piane e parallele. Calcolare l energia immagazzinata in un condensatore. Descrivere l esperimento di Thomson per la misura del rapporto e/m dell elettrone.

4 Circuiti elettrici I generatori di tensione. La forza elettromotrice e la corrente elettrica. L ampere. Il circuito elettrico. Corrente continua, alternata e corrente convenzionale. La prima legge di Ohm. La resistenza elettrica e l ohm. Seconda legge di Ohm e resistività. Dipendenza della resistività e della resistenza dalla temperatura. La potenza elettrica. La potenza dissipata su un resistore. Connessioni in serie e in parallelo. La resistenza equivalente per resistenze connesse in serie e in parallelo. La resistenza interna e la tensione effettiva. Le leggi di Kirchhoff. Strumenti di misura di corrente e differenza di potenziale. La capacità equivalente di condensatori connessi in serie e in parallelo. I circuiti RC. Carica e scarica di un condensatore. Sostanze elettrolitiche ed elettrolisi. Le leggi di Faraday. L equivalente chimico. Effetti fisiologici della corrente elettrica e sicurezza. Distinguere tra verso reale e verso convenzionale della corrente. Applicare le due leggi di Ohm nella risoluzione dei circuiti elettrici. Calcolare la potenza dissipata su un resistore. Distinguere le connessioni dei conduttori in serie da quelle in parallelo. Calcolare la resistenza equivalente di resistori connessi in serie e in parallelo. Applicare le leggi dei nodi e delle maglie nella risoluzione dei circuiti. Riconoscere le caratteristiche degli strumenti di misura. Calcolare la capacità equivalente di condensatori connessi in serie e in parallelo. Descrivere il processo di carica e scarica di un condensatore. Applicare le leggi di Faraday per calcolare la massa liberata in un processo elettrolitico. Calcolare l equivalente chimico. Saper valutare gli effetti fisiologici del passaggio di corrente nel corpo umano.

5 Interazioni magnetiche e campi magnetici I magneti. Caratteristiche del campo magnetico. Il campo magnetico terrestre. La forza di Lorentz. La regola della mano destra. La definizione operativa di campo magnetico. Il moto di una carica in un campo elettrico e in un campo magnetico. Il selettore di velocità. Lo spettrometro di massa. La forza magnetica su un filo percorso da corrente. Il momento torcente su una spira percorsa da corrente. Il motore elettrico. Il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente. La seconda regola della mano destra. La legge di Biot-Savart. Forze magnetiche tra fili percorsi da corrente. Le definizioni operative di ampere e coulomb. Il campo magnetico generato da una spira percorsa da corrente. Il solenoide. La risonanza magnetica. Il tubo a raggi catodici. Il flusso del campo magnetico. Il teorema di Gauss. La circuitazione del campo magnetico. Il teorema di Ampère. I materiali magnetici. La temperatura di Curie. Il magnetismo indotto e alcuni suoi utilizzi. Saper mettere a confronto campo magnetico e campo elettrico. Rappresentare le linee di forza del campo magnetico. Determinare intensità, direzione e verso della forza di Lorentz. Descrivere il moto di una particella carica all interno di un campo magnetico. Calcolare la forza magnetica su un filo percorso da corrente, tra fili percorsi da corrente e il momento torcente su una spira percorsa da corrente. Descrivere il funzionamento di un motore elettrico. Determinare tutte le caratteristiche del campo vettoriale generato da fili, spire e solenoidi percorsi da corrente. Calcolare la circuitazione di un campo magnetico con il teorema di Ampère. Interpretare a livello microscopico le differenze tra i diversi materiali magnetici.

6 Induzione elettromagnetica Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche La forza elettromagnetica indotta e le correnti indotte. La forza elettromagnetica indotta in un conduttore in moto. La legge di Faraday-Neumann. La legge di Lenz. Le correnti parassite. La mutua induzione e l autoinduzione. L induttanza. L energia immagazzinata in un solenoide. Densità di energia del campo magnetico. L alternatore. La corrente alternata. Valori efficaci in corrente alternata. I circuiti, resistivo, capacitivo e induttivo, in corrente alternata. La reattanza capacitiva e induttiva. Lo sfasamento tra corrente e tensione in un condensatore e in un induttore. I circuiti RLC in corrente alternata. L impedenza. La risonanza nei circuiti elettrici. Il trasformatore. Rapporto tra le correnti nel circuito primario e in quello secondario. I dispositivi a semi-conduttore. Semiconduttori di tipo n e p. Il campo elettrico indotto. La corrente di spostamento. Le equazioni di Maxwell del campo elettromagnetico. Generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico. L energia trasportata da un onda elettromagnetica. Relazione tra campo elettrico e campo magnetico. L irradiamento. L effetto Doppler. La polarizzazione delle onde elettromagnetiche. I materiali polarizzatori. La legge di Malus. Ricavare la legge di Faraday-Neumann. Interpretare la legge di Lenz in funzione del principio di conservazione dell energia. Calcolare l induttanza di un solenoide e l energia in esso immagazzinata. Calcolare i valori delle grandezze elettriche efficaci. Risolvere circuiti semplici in corrente alternata. Calcolare lo sfasamento tra corrente e tensione. Analizzare e risolvere i circuiti RLC in corrente alternata. Confrontare risonanza meccanica e risonanza elettrica. Collegare il campo elettrico indotto e il campo magnetico variabile. Descrivere i meccanismi di generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche. Distinguere le varie parti dello spettro elettromagnetico. Calcolare la densità di energia di un onda elettromagnetica e l irradiamento da essa prodotto. Applicare l effetto Doppler alle onde elettromagnetiche. Comprendere il concetto di polarizzazione delle onde elettromagnetiche. Applicare la legge di Malus. 1 Metodi di insegnamento L approccio ai vari argomenti è in generale per problemi e prevede uno sviluppo curriculare a spirale. Le lezioni si svolgeranno nella forma di lezione teorica (30%), attività di verifica e di rinforzo (20%), discussione e sistemazione dei lavori di gruppo svolti in laboratorio (15%) attività di laboratorio sia di Fisica (35%). L attività di recupero individuale sarà svolta in itinere all interno delle ore curriculari e con un lavoro a casa mirato.

7 2 Mezzi di insegnamento In generale rimane predominante l uso del libro di testo e della sperimentazione diretta in laboratorio di Fisica. Tuttavia quando sarà possibile si utilizzeranno filmati, articoli o brevi saggi a carattere tematico. Il laboratorio di fisica sarà utilizzato per esperienze eseguite dagli alunni. 3 Criteri e strumenti di valutazione Le prove scritte, almeno due per quadrimestre, saranno diversificate e potranno comprendere una o più delle seguenti modalità: problemi la cui soluzione prevede l utilizzo di abilità cognitive di alto livello, quesiti teorici a risposta aperta sia contingentata sia libera, quesiti a risposta multipla, relazioni su lavori di approfondimento individuale, relazioni sull attività di laboratorio. La durata delle prove sarà di un ora. La valutazione è ottenuta con un procedimento a due fasi: a) l attribuzione di un punteggio sulla base di una tabella analitica delle soluzioni degli esercizi proposti che tiene conto essenzialmente delle difficoltà cognitive e della tipologia degli errori; b) l attribuzione del voto sulla base di una analisi statistica dei punteggi che cerca di evidenziare i risultati individuali relativamente ai risultati medi della classe. In caso di accertate scorrettezze durante i compiti in classe, l insegnante si riserva di ritirare la prova e di assegnare il voto minimo previsto indipendentemente dal contenuto svolto. Per quanto riguarda la verifica orale, nel numero minimo di due prove per quadrimestre, si utilizzeranno varie forme di comunicazione: la classica interrogazione con domande sia teoriche che di risoluzione di esercizi alla lavagna, l esposizione breve da parte dell alunno di approfondimenti individuali, gli interventi spontanei dal posto. La valutazione farà riferimento agli aspetti linguistici, logici e semantici della prova. Inoltre sarà valutata alla fine del quadrimestre la partecipazione e l impegno nei casi in cui si discosti positivamente o negativamente dalla media. Tale valutazione influirà sul voto orale quando previsto. La valutazione quadrimestrale e finale, lungi dall essere una media aritmetica delle valutazioni parziali, terrà conto in maniera ponderale delle varie risultanze, dell impegno e della partecipazione nonché del processo di apprendimento nel suo divenire. In generale, quando la valutazione prevede voti distinti per lo scritto e l orale, questi verranno utilizzati per valutare distintamente le abilità più prettamente di calcolo ed intuitive (scritto) da quelle di tipo logico-deduttive ed espositive (orale). 4 Obiettivi Alla fine dell anno scolastico gli allievi dovranno essere in grado di: analizzare un fenomeno o un problema individuando gli elementi significativi, le relazioni, i dati superflui, quelli mancanti e collegando le premesse alle conseguenze; eseguire in modo corretto i misure con chiara consapevolezza delle operazioni effettuate e degli strumenti utilizzati; raccogliere, ordinare e rappresentare i dati ricavati, valutando gli ordini di grandezza e le approssimazioni, mettendo in evidenza l'incertezza associata alla misura; esaminare dati e ricavare informazioni significative da tabelle, grafici ed altra documentazione; risolvere gli esercizi ed i problemi associati ad ogni argomento e saper valutare in maniera critica i risultati; porsi problemi, prospettare soluzioni e modelli. Dolo, 31/10/2014 L insegnante Flaim Agnese