Liceo Statale"E. Majorana Scientifico Linguistico Scienze Umane - Classico San Giovanni La Punta (CT)

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1 Liceo Statale"E. Majorana Scientifico Linguistico Scienze Umane - Classico San Giovanni La Punta (CT) Progettazione didattica del dipartimento di matematica e fisica FISICA SECONDO BIENNIO SCIENTIFICO (classi terze e quarte) PROFILO GENERALE ATTESO ALLA FINE DEL CORSO DI STUDIO Al termine del percorso liceale lo studente dovrà conoscere i concetti fondamentali della fisica, le leggi e le teorie che li esplicitano, avendo consapevolezza critica del nesso tra lo sviluppo del sapere fisico e il contesto storico e filosofico in cui esso si è sviluppato. Lo studente dovrà essere in grado di formulare ipotesi, sperimentare, interpretare le leggi fisiche, proporre e utilizzare modelli e analogie, avere la capacità di formalizzare un di matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Lo studente dovrà anche aver fatto esperienza e saper rendere ragione del significato dei vari sperimentale, dove ragionata dei fenomeni naturali e strumento di controllo di ipotesi interpretative, scelta delle variabili significative, raccolta e analisi critica dei dati e dell'affidabilità di un processo di misura, costruzione di modelli. 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 nell individuazione e nello sviluppo di approfondimenti di fisica classica e di percorsi di fisica moderna, anche mirati al proseguimento degli studi universitari e di formazione superiore. In questo contesto è auspicabile coinvolgere soprattutto gli studenti degli ultimi due anni, trovare un raccordo con altri insegnamenti, in particolare con quelli di matematica e di scienze, e aprire, ove possibile, collaborazioni con università, enti di ricerca, musei della scienza e mondo del lavoro. In conclusione, il percorso didattico dovrà consentire allo studente di utilizzare le conoscenze disciplinari e le abilità specifiche acquisite per poter comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO SECONDO BIENNIO Nel secondo biennio si dovrà dare maggior rilievo all impianto teorico (le leggi della fisica) e alla sintesi formale (strumenti e modelli matematici), con l obiettivo di insegnare a formulare e risolvere problemi più impegnativi, sia tratti dal contesto disciplinare che relativi all esperienza quotidiana. L attività sperimentale dovrà consentire allo studente di discutere e costruire concetti, pianificare osservazioni, misurare, operare con oggetti e strumenti, confrontare osservazioni e teorie. Verranno riprese le leggi del moto, di cui si dovrà sottolineare la natura quantitativa e predittiva, soprattutto attraverso la risoluzione di problemi specifici, affiancandole con la discussione dei sistemi di riferimento e del principio di relatività di Galileo. Il percorso didattico relativo alla meccanica sarà completato dallo studio della quantità di moto, delle applicazioni delle leggi di

2 conservazione agli urti elastici e anelastici, del momento angolare e del momento di una forza, delle interazioni non impulsive, con particolare riferimento al moto dei pianeti e alle leggi di Keplero fino alla sintesi newtoniana. Si completerà lo studio dei fenomeni termici con le leggi dei gas, familiarizzandosi con la semplificazione concettuale del gas perfetto e con la relativa teoria cinetica. Lo studio dei rincipi della termodinamica dovrà evidenziare il loro ruolo quantitativo e predittivo, in particolare nel descrivere le trasformazioni termodinamiche, il loro procedere, i loro limiti. Lo studente dovrà essere in grado di descrivere e discutere le trasformazioni di un gas perfetto, le macchine termiche e il ciclo di Carnot, anche attraverso la risoluzione di roblemi specifici. Si inizierà lo studio dei fenomeni ondulatori con le onde meccaniche ntroducendone le grandezze caratteristiche e la modellizzazione matematica; si esamineranno i fenomeni relativi alla loro propagazione con particolare attenzione alla sovrapposizione e interferenza e alla diffrazione. In questo contesto il suono potrà essere affrontato come esempio di onda meccanica particolarmente significativa sia per le caratteristiche fisiche, che per il rilievo che ha nella comunicazione, nell arte e nella vita quotidiana. Ancora in questo contesto si completerà lo studio della luce interpretando i fenomeni caratteristici della sua natura ondulatoria. Infine, lo studente dovrà studiare le caratteristiche dei fenomeni elettrici e magnetici, individuare analogie e differenze attraverso lo studio della carica elettrica, del campo elettrico, delle correnti elettriche e del campo magnetico, acquisendo l abilità di risolvere problemi riguardanti l elettricità ed il magnetismo. Lo studio dei circuiti elettrici in corrente continua e alternata renderà lo studente in grado di riconoscere le più comuni applicazioni tecnologiche. Lo studio dell elettromagnetismo sarà completato giungendo alla sintesi costituita dalle equazioni di Maxwell che lo studente dovrà conoscere sia dal punto di vista teorico che dal punto di vista applicativo. Il percorso didattico dovrà prevedere lo studio delle onde elettromagnetiche, della loro produzione e propagazione, della loro energia e quantità di moto, della loro polarizzazione, dei loro effetti e delle loro applicazioni nelle varie bande di frequenza. La dimensione sperimentale potrà essere ulteriormente approfondita con attività da svolgersi non solo nel laboratorio didattico della scuola, ma anche presso laboratori di università ed enti di ricerca, aderendo anche a progetti di orientamento.

3 DECLINAZIONE DELLE COMPETENZE COMPETENZE DI CITTADINANZA COMPETENZE DI ASSE/AREA ABILITÀ/CAPACITÀ Imparare ad imparare T1 Comunicare Collaborare e partecipare Agire in modo autonomo e responsabile Risolvere problemi Individuare collegamenti e relazioni Acquisire ed interpretare l informazione Osservare e identificare fenomeni. T1.1 Raccogliere dati e/o informazioni attraverso l osservazione diretta dei fenomeni o la consultazione di testi o media T1.2 Organizzare e rappresentare i dati e/o le informazioni raccolte T1.3 Individuare,con l aiuto del docente, una possibile interpretazione dei dati in base a semplici modelli T1.4 Descrivere con un linguaggio adeguato anche grafico, le proprietà dei fenomeni studiati T1.5 Distinguere e mettere in relazione le principali variabili chimiche e fisiche che caratterizzano un sistema. T1.6 Eseguire semplici esperienze di laboratorio rispettando le indicazioni di lavoro fornite e relazionando adeguatamente quanto osservato e concluso; CONOSCENZE Meccanica e termodinamica Termologia Onde Elettrostatica ed elettrodinamica T1.6 Interagire in modo collaborativo e attivo nel gruppo Comunicare Collaborare e partecipare Risolvere problemi Individuare collegamenti e relazioni Acquisire ed interpretare l informazione T2 Formalizzare un applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. T1.7 Riconoscere i dati essemziali di un problema, individuare e saper applicare le procedure risolutive T2.1 Utilizzare consapevolmente notazioni e sistemi di rappresentazione formale tipiche del linguaggio matematico per descrivere i fenomeni fisici T2.2 Risolvere per via grafica problemi che si descrivono mediante equazioni, disequazioni e funzioni, usando consapevolmente gli strumenti di calcolo e le potenzialità offerte da applicazioni di tipo informatico. T2.3 Individuare le grandezze fisiche significative e non, coinvolte nella descrizione di un fenomeno e nella risoluzione di un problema T2.4 Individuare le grandezze fisiche costanti e non T2.5 Rappresentare le grandezze vettoriali (es. diagramma delle forze) T2,6 Eseguire le operazioni individuate tra le grandezze T2.7 Cogliere le eventuali correlazioni tra le grandezze coinvolte nella descrizione di una situazione fisica T2.8 Confrontare schematizzazioni matematiche diverse di uno stesso fenomeno o situazione T2.9 Riconoscere situazioni problematiche e fenomeni diversi riconducibili a uno stesso modello matematico Le forze e i moti Termologia Modello microscopico della materia Onde Elettrostatica ed elettrodinamica Comunicare Collaborare e partecipare Risolvere problemi T3 Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari sperimentale, dove l esperimento è T3.1 Raccogliere un congruo numero di dati sperimentali T3.2 Scegliere le variabili significative T3.3 Interrogarsi sulla correlazione tra le grandezze coinvolte e le interazioni tra le varie parti di un sistema T3.3 Cogliere le criticità del processo di misura Le forze e i moti Termologia Modello microscopico

4 Individuare collegamenti e relazioni Acquisire ed interpretare l informazione Comunicare Individuare collegamenti e relazioni Progettare 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 di modelli T4 Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. T3.4 Cogliere le correlazioni esistenti tra le grandezze e pervenire alla costruzione di un modello T3.5 Comprendere il significato di modello correlato al metodo induttivo T4.1 Riconoscere il ruolo della tecnologia nella vita quotidiana e nell economia della società T4.2 Saper cogliere le interazioni tra le esigenze di vita e processi tecnologici T4.3 Saper spiegare il principio di funzionamento e la struttura dei principali dispositivi fisici T4.4 Utilizzare le funzioni di base dei sotware più comuni per produrre testi e comunicazioni multimediali, calcolare e rappresentare dati, disegnare, catalogare informazioni, cercare informazioni e comunicare in rete. della materia Onde Elettrostatica ed elettrodinamica Dinamica dei fluidi Acustica (Effetto doppler) Elettrodinamica Effetti: termoionico, fotoelettrico, Volta, Seebeck Magnetismo Imparare ad imparare Comunicare Collaborare e partecipare Risolvere problemi Individuare collegamenti e relazioni Acquisire ed interpretare l informazione T5 Formulare ipotesi esplicative, utilizzando modelli, analogie e leggi. T5.1 Formulare principi e teoremi ovvero formulare ipotesi, che abbiano caratteri di generalità, correlate a un dato modello T5.2 Dimostrare i teoremi T5.3 Individuare analogie tra grandezze e leggi T5.4 Comprendere il significato di modello correlato al metodo ipotetico-deduttivo T5.5 Comprendere le interconnessioni tra metodo induttivo e metodo deduttivo nell interpretazione dei fenomeni fisici Principi della dinamica Energia e lavoro Dinamica traslazionale rotazionale e Modello di gas perfetto Campo elettrico, magnetico e gravitazionale

5 RUBRICA DI VALUTAZIONE DELLE COMPETENZE Area Matematica, Scientifica e Tecnologica COMPETENZE T1 Osservare e identificare fenomeni. FISICA T2 Formalizzare un matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. T3 Fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari sperimentale, dove 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 di modelli T4 Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive T5 Formulare ipotesi esplicative, utilizzando modelli, analogie e leggi LIVELLI T1 1 Livello base 2 Livello intermedio 3Livello avanzato LIVELLI T2 LIVELLI T3 Lo studente descrive, individua, utilizza ed interpreta in alcuni casi, solo se guidato dal docente Lo studente riconosce i dati essenziali, scompone il problema in sottoproblemi e individua le fasi del percorso risolutivo, relativamente a situazioni già affrontate, attraverso una sequenza ordinata di operazioni coerenti. Seleziona il modello adeguato e formalizza in maniera essenzialmente corretta. Illustra il procedimento seguito, fornendo la soluzione corretta utilizzando adeguatamente il linguaggio specifico Lo studente raccoglie dati, li rielabora e li interpreta criticamente solo in alcune fasi del processo interpretativo Lo studente descrive, individua, utilizza ed interpreta in modo autonomo Lo studente riconosce i dati essenziali, scompone il problema in sottoproblemi e individua le fasi del percorso risolutivo anche in casi diversi da quelli affrontati attraverso una sequenza ordinata di operazioni coerenti ed efficaci. Seleziona il modello adeguato, collocandolo in una classe di problemi simili e formalizza in maniera corretta ed efficace. Illustra in modo completo il procedimento seguito, fornendo la soluzione corretta attraverso un uso preciso del linguaggio specifico Lo studente raccoglie dati, li rielabora e li interpreta criticamente nella maggior parte delle fasi dl processo interpretativo Lo studente descrive, individua, utilizza ed interpreta in modo autonomo e personale Lo studente riconosce i dati essenziali, scompone il problema in sottoproblemi e individua le fasi del percorso risolutivo anche in casi articolati, ottimizzando il procedimento. Seleziona il modello adeguato, collocandolo in una classe di problemi simili e formalizza in maniera corretta e personale. Illustra e argomenta il procedimento seguito con un uso accurato della simbologia, anche attraverso le nuove tecnologie del linguaggio specifico. Coordina gruppi di lavoro e guida i compagni nella corretta esecuzione del compito Lo studente raccoglie dati, li rielabora e li interpreta criticamente in tutte le fasi del processo interpretativo

6 LIVELLI T4 LIVELLI T5 Lo studente rappresenta dati e riconosce la validità di una tecnologia in modo essenziale e, in alcuni casi, con il supporto del docente Lo studente coglie analogie e differenze, riconosce relazioni di causa-effetto e riordina in sequenza logica, solo se guidato dal docente Lo studente rappresenta dati e riconosce la validità di una tecnologia in modo autonomo Lo studente coglie analogie e differenze, riconosce relazioni di causa-effetto e riordina in sequenza logica in modo autonomo Lo studente rappresenta dati e riconosce la validità di una tecnologia in modo autonomo e critico Lo studente coglie analogie e differenze, riconosce relazioni di causa-effetto e riordina in sequenza logica in modo autonomo e personale UNITA TEMATICHE n. TERZO ANNO 1 Cinematica 2 Statica e dinamica 3 Lavoro, energia e conservazione dell energia meccanica 4 Dinamica rotazionale e principi di conservazione 5 Termologia 6 Modello microscopico della materia 7 Principi della termodinamica ed entropia QUARTO ANNO 8 Onde elastiche 9 Onde luminose 10 Elettrostatica 11 Elettrodinamica 12 Campo magnetico stazionario

7 Programmazione terzo anno UNITA TEMATICA 1:LE GRANDEZZE E IL MOTO Conoscenze -Unità di misura -La notazione scientifica -La densità La variazione -Posizione e distanza su una retta -Istante e intervallo di tempo -Il sistema di riferimento fisico -La velocità e l accelerazione -Le dimensioni fisiche delle grandezze derivate -Equivalenze tra unità di misura -Grafici spaziotempo e velocità-tempo -I vettori Osservare e identificare fenomeni. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Comprendere il concetto di misurazione di una grandezza fisica. Distinguere grandezze fondamentali e derivate. Ragionare in termini di notazione scientifica. Comprendere il concetto di sistema di riferimento. Comprendere e interpretare un grafico spaziotempo. Distinguere tra grandezze scalari e vettoriali. per la valutazione del processo di Determinare le dimensioni fisiche di grandezze derivate. Definire i concetti di velocità e accelerazione. Misurare alcune grandezze fisiche. Distinguere i concetti di posizione e spostamento nello spazio. Distinguere i concetti di istante e intervallo di tempo. Eseguire equivalenze tra unità di misura. Utilizzare correttamente la rappresentazione grafica. Eseguire le operazioni fondamentali tra vettori. Operare con le funzioni trigonometriche. TEMPO : 3 h

8 UNITA TEMATICA 2 I PRINCIPI DELLA DINAMICA E LA RELATIVITÀ GALILEANA CONOSCENZE -Il primo principio della dinamica -Il principio di relatività galileana -La massa inerziale e le definizioni operative -Il secondo e il terzo principio della dinamica -I concetti e le leggi rendere ragione del significato dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. Osservare e identificare fenomeni. Indicare il percorso per arrivare al primo principio della dinamica. Ragionare sul principio di relatività galileiana. Analizzare il moto dei corpi in presenza di una forza totale applicata diversa da zero. Interrogarsi sulla relazione tra accelerazione, massa inerziale e forza applicata per formalizzare il secondo principio della dinamica. Analizzare l interazione tra due corpi per pervenire alla formulazione del terzo principio della dinamica. Identificare i sistemi di riferimento inerziali. Esprimere il concetto di definizione operativa di una grandezza fisica. per la valutazione del processo di Analizzare il moto dei corpi quando la forza totale applicata è nulla. Mettere in relazione le osservazioni sperimentali e la formulazione dei principi della dinamica. Utilizzare le trasformazioni di Galileo. Esprimere la relazione tra accelerazione e massa inerziale. Individuare l ambito di validità delle trasformazioni di Galileo. Formulare il secondo principio della dinamica. TEMPO : 3h Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. Descrivere la sonda Voyager 2 in relazione a una verifica sperimentale delle leggi della dinamica.

9 UNITA TEMATICA 3 LE FORZE E I MOTI CONOSCENZE -I moti su una retta -Il moto parabolico -Il moto circolare uniforme -La velocità angolare - L accelerazione centripeta -La forza centripeta e la forza centrifuga apparente -Il moto armonico Osservare e identificare fenomeni. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società. pratiche, a partire dalle conoscenze Riconoscere le caratteristiche del moto rettilineo uniforme e del moto uniformemente accelerato. Ragionare in termini di grandezze cinematiche lineari e angolari (s,v,α,ω). Mettere in evidenza la relazione tra moto armonico e moto circolare uniforme. Ricavare le leggi della posizione della velocità e dell accelerazione, in funzione del tempo, nei moti rettilineo uniforme e rettilineo uniformemente accelerato. Individuare le caratteristiche del moto parabolico ed esaminare la possibilità di scomporre un determinato moto in altri più semplici. Analizzare i moti rettilinei, uniforme e uniformemente accelerato, attraverso grafici s-t, v-t e a-t. Individuare il ruolo della forza centripeta nel moto circolare uniforme. Analizzare il concetto di forza centrifuga apparente. Riconoscere le caratteristiche della condizione di mancanza di peso. per la valutazione del processo di Calcolare le grandezze caratteristiche del moto circolare uniforme. Formulare la legge del moto armonico, esprimendo s, v e a in relazione alla pulsazione ω. Calcolare i valori delle grandezze cinematiche utilizzando le leggi dei moti rettilinei (uniforme e uniformemente accelerato). Analizzare e risolvere il moto dei proiettili con velocità iniziali diverse. Discutere e calcolare la gittata di un proiettile che si muove di moto parabolico. Utilizzare le relazioni che legano le grandezze lineari e le grandezze angolari. Individuare le situazioni della vita reale in cui si eseguono misure delle grandezze cinematiche, lineari e angolari. TEMPO : 9 h

10 UNITA TEMATICA 4 IL LAVORO E L ENERGIA CONOSCENZE Le component di un vettore -Il prodotto scalare -Il prodotto vettoriale -L espressione in coordinate dei vettori Il lavoro e la potenza -Forze conservative e non conservative -L energia potenziale -La conservazione dell energia meccanica Osservare e identificare fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. declinate in abilità dalle conoscenze Mettere in relazione l applicazione di una forza su un corpo e lo spostamento conseguente. Analizzare la relazione tra lavoro prodotto e intervallo di tempo impiegato. Identificare le forze conservative e le forze non conservative. Realizzare il percorso logico e matematico che porta dal lavoro all energia cinetica, all energia potenziale gravitazionale e all energia potenziale elastica. Formulare il principio di conservazione dell energia meccanica e dell energia totale. Rappresentare un vettore nelle sue coordinate. Definire le caratteristiche del prodotto scalare e del prodotto vettoriale. per la valutazione del processo di Definire il lavoro come prodotto scalare di forza e spostamento. Individuare la grandezza fisica potenza. Riconoscere le differenze tra il lavoro prodotto da una forza conservativa e quello di una forza non conservativa. Ricavare e interpretare l espressione matematica delle diverse forme di energia meccanica. Utilizzare il principio di conservazione dell energia per studiare il moto di un corpo in presenza di forze conservative. Valutare il lavoro delle forze dissipative. Effettuare correttamente prodotti scalari e vettoriali. Riconoscere le forme di energia e utilizzare la conservazione dell energia nella risoluzione dei problemi. TEMPO : 9h Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. Essere consapevoli dell utilizzo dell energia nelle situazioni reali. Riconoscere le potenzialità di utilizzo dell energia in diversi contesti della vita reale. Riconoscere e analizzare l importanza delle trasformazioni dell energia nello sviluppo tecnologico.

11 UNITA TEMATICA 5 LA QUANTITÀ DI MOTO E IL MOMENTO ANGOLARE CONOSCENZE -La quantità di moto -La conservazione della quantità di moto -L impulso di una forza -I principi della dinamica e la legge di conservazione della quantità di moto -Gli urti su una retta - Gli urti obliqui -Il momento angolare -Conservazione e variazione del momento angolare -Il momento d inerzia Osservare e identificare fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. pratiche, a partire dalle conoscenze Identificare i vettori quantità di moto di un corpo e impulso di una forza. Creare piccoli esperimenti che indichino quali grandezze all interno di un sistema fisico si conservano. Definire il vettore momento angolare. Formulare il teorema dell impulso a partire dalla seconda legge della dinamica. Ragionare in termini di forza d urto. Definire la legge di conservazione della quantità di moto in relazione ai principi della dinamica. Affrontare il problema degli urti, su una retta e obliqui. Identificare il concetto di centro di massa di sistemi isolati e non. per la valutazione del processo di relativo alle Calcolare le grandezze quantità di moto e momento angolare a partire dai dati. Esprimere la legge di conservazione della quantità di moto. Analizzare le condizioni di conservazione della quantità di moto. Rappresentare dal punto di vista vettoriale il teorema dell impulso. Attualizzare a casi concreti la possibilità di minimizzare, o massimizzare, la forza d urto. Ricavare dai principi della dinamica l espressione matematica che esprime la conservazione della quantità di moto. Riconoscere gli urti elastici e anelastici. TEMPO : 9h matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Interpretare l analogia formale tra il secondo principio della dinamica e il momento angolare, espresso in funzione del momento d inerzia di un corpo. Analizzare la conservazione delle grandezze fisiche in riferimento ai problemi da affrontare e risolvere. Utilizzare i principi di conservazione per risolvere quesiti relativi al moto dei corpi nei sistemi complessi. Risolvere semplici problemi di urto, su una retta e obliqui. Calcolare il centro di massa di alcuni sistemi. Calcolare il momento di inerzia di alcuni corpi rigidi.

12 Le prime cinque unità tematiche vanno svolte preferibilmente entro il primo trimestre, per un numero complessivo di ore pari a 33.

13 UNITA TEMATICA 6 La gravitazione Le leggi di Keplero -La gravitazione universale e la costante di gravitazione G -Massa inerziale e massa gravitazionale La deduzione delle leggi di Keplero -Il campo gravitazionale -L energia potenziale gravitazionale Osservare e identificare fenomeni rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. Descrivere i moti dei corpi celesti e individuare la causa dei comportamenti osservati. Analizzare il moto dei satelliti e descrivere i vari tipi di orbite. Descrivere l azione delle forze a distanza in funzione del concetto di campo gravitazionale. Mettere in relazione fenomeni osservati e leggi fisiche. Formulare la legge di gravitazione universale. Interpretare le leggi di Keplero in funzione dei principi della dinamica e della legge di gravitazione universale. Descrivere l energia potenziale gravitazionale in funzione della legge di gravitazione universale. Mettere in relazione la forza di gravità e la conservazione dell energia meccanica. per la valutazione del processo di Formulare le leggi di Keplero. Riconoscere la forza di gravitazione universale come responsabile della distribuzione delle masse nell Universo. Definizione del vettore campo gravitazionale g. Utilizzare la legge di gravitazione universale per il calcolo della costante G e per il calcolo dell accelerazione di gravità sulla Terra. Definire la velocità di fuga di un pianeta e descrivere le condizioni di formazione di un buco nero. TEMPO: 4h matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Studiare il moto dei corpi in relazione alle forze agenti. Calcolare l interazione gravitazionale tra due corpi. Utilizzare le relazioni matematiche opportune per la risoluzione dei problemi proposti.

14 UNITA TEMATICA 7 La dinamica dei fluidi CONOSCENZE La corrente di un fluido -L equazione di continuità -L equazione di Bernouilli -L effetto venturi -L attrito nei fluidi -La caduta in un fluido Osservare e identificare fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Ragionare sull attrito nei fluidi. Mettere in relazione fenomeni e leggi fisiche. Analizzare la forza che un fluido esercita su un corpo in esso immerso (spinta idrostatica). Analizzare il moto di un liquido in una conduttura. Esprimere il teorema di Bernoulli, sottolineandone l aspetto di legge di conservazione. Ragionare sul movimento ordinato di un fluido. per la valutazione del processo di Rappresentare la caduta di un corpo in un fluido ed esprimere il concetto di velocità limite. Riconoscere i limiti di validità delle leggi fisiche studiate. Formalizzare il concetto di portata e formulare l equazione di continuità. Applicare l equazione di continuità e l equazione di Bernoulli nella risoluzione dei problemi proposti. TEMPO : 4 h Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. Valutare l importanza della spinta di Archimede nella vita reale. Valutare alcune delle applicazione tecnologiche relative ai fluidi applicate nella quotidianità.

15 UNITA TEMATICA 8 La temperatura Conoscenze -La definizione operativa di temperatura -La dilatazione lineare dei solid -La dilatazione volumica dei liquidi -Le trasformazioni di un gas -La prima legge di Gay-Lussac -La legge di Boyle -La seconda legge di Gay- Lussac -Il gas perfetto -Atomi e molecole -La mole e il numero di Avogadro - L equazione di stato del gas perfetto Osservare e identificare fenomeni. Formulare ipotesi esplicative, utilizzando modelli, analogie e leggi. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Introdurre la grandezza fisica temperatura. Individuare le scale di temperatura Celsius e Kelvin e metterle in relazione. Identificare il concetto di mole e il numero di Avogadro. Osservare gli effetti della variazione di temperatura di corpi solidi e liquidi e formalizzare le leggi che li regolano. Ragionare sulle grandezze che descrivono lo stato di un gas. Riconoscere le caratteristiche che identificano un gas perfetto. Ragionare in termini di molecole e atomi. Indicare la natura delle forze intermolecolari. per la valutazione del processo di Stabilire il protocollo di misura per la temperatura. Effettuare le conversioni da una scala di temperatura all altra. Stabilire la legge di Avogadro. Valutare i limiti di approssimazione di una legge fenomenologica. Mettere a confronto le dilatazioni volumetriche di solidi e liquidi. Formulare le leggi che regolano le trasformazioni dei gas, individuandone gli ambiti di validità. Definire l equazione di stato del gas perfetto. Definire i pesi atomici e molecolari. Utilizzare correttamente tutte le relazioni individuate per la risoluzione dei problemi. TEMPO : 8h

16 UNITA TEMATICA 9 Il calore Conoscenze -Calore e lavoro -Energia in transito -Capacità termica e calore specific -Le sorgenti di calore e il potere calorifico -Conduzione e convezione - L irraggiamento -Il calore solare e l effetto serra. Osservare e identificare i fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. Individuare i modi per aumentare la temperatura di un corpo. Identificare il calore come energia in transito. Analizzare le reazioni di combustione. Individuare i meccanismi di trasmissione del calore. Mettere in relazione l aumento di temperatura di un corpo con la quantità di energia assorbita. Formalizzare la legge fondamentale della calorimetria. Esprimere la relazione che indica la rapidità di trasferimento del calore per conduzione. per la valutazione del processo di Descrivere l esperimento di Joule. Definire il potere calorifico di una sostanza. Discutere le caratteristiche della conduzione e della convezione. Spiegare il meccanismo dell irraggiamento e la legge di Stefan-Boltzmann. Descrivere l effetto serra. Definire la capacità termica e il calore specifico. Utilizzare il calorimetro per la misura dei calori specifici. Definire la caloria. TEMPO : 8h matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Scegliere e utilizzare le relazioni matematiche appropriate per la risoluzione di ogni specifico problema.

17 UNITA TEMATICA 10 Il modello microscopico della materia Conoscenze -Il moto browniano -La pressione del gas perfetto e il suo calcolo -La temperatuta dal punto di vista microscopico -La velocità quadratica media -Cenni sulla distribuzione di Maxwell -L energia interna -Cenni sull equazione di stato di van der Waals -Gas, liquidi e solidi Osservare e identificare fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Inquadrare il concetto di temperatura nel punto di vista microscopico. Identificare l energia interna dei gas perfetti e reali. Indicare il segno dell energia interna nei diversi stati di aggregazione molecolare. Osservare il movimento incessante delle molecole. Rappresentare il modello microscopico del gas perfetto. Formulare il teorema di equipartizione dell energia. Ragionare in termini di distribuzione maxwelliana delle velocità. Analizzare le differenze tra gas perfetti e reali dal punto di vista microscopico. per la valutazione del processo di Individuare la relazione tra temperatura assoluta ed energia cinetica media delle molecole. Spiegare perché la temperatura assoluta non può essere negativa. Definire il moto browniano. Indicare la pressione esercitata da un gas perfetto dal punto di vista microscopico. Calcolare la pressione del gas perfetto utilizzando il teorema dell impulso. Ricavare l espressione della velocità quadratica media. Formulare l equazione di Van der Waals per i gas reali. Scegliere e utilizzare le relazioni matematiche specifiche relative alle diverse problematiche. TEMPO: 8h

18 UNITA TEMATICA 11 Cambiamenti di stato Conoscenze -I passaggi di stato -La fusion e la solidificazione -La vaporizzazione e la condensazione -Il vapor saturo e la sua pressione - La condensazione e la temperatura critica -La sublimazione Osservare e identificare i fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. Definire i concetti di vapore saturo e temperatura critica. Definire l umidità relativa. Analizzare il comportamento dei solidi, dei liquidi e dei gas alla somministrazione, o sottrazione di calore. Analizzare il comportamento dei vapori. Mettere in relazione la pressione di vapore saturo e la temperatura di ebollizione. Analizzare il diagramma di fase. per la valutazione del processo di Rappresentare i valori della pressione di vapore saturo in funzione della temperatura. Definire il concetto di calore latente nei diversi passaggi di stato. Interpretare il diagramma di fase alla luce dell equazione di van der Waals per i gas reali. Ragionare in termini di temperatura percepita. TEMPO : 6h matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. Formalizzare le leggi relative ai diversi passaggi di stato. Mettere in relazione la condensazione del vapore d acqua e i fenomeni atmosferici. Applicare le relazioni appropriate alla risoluzione dei problemi. Valutare l importanza dell utilizzo dei rigassificatori.

19 UNITA TEMATICA 12 Il primo principio della termodinamica Conoscenze -Gli scambi di energia -L energia interna di un sistema fisico -Il principio zero della termodinamica -Trasformazioni reali e quasistatiche -Il lavoro termodinamico -Enunciazione del primo principio della termodinamica -Applicazioni del primo principio I calori specifici del gas perfetto -Le trasformazioni adiabatiche Osservare e identificare i fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Esaminare gli scambi di energia tra i sistemi e l ambiente. Osservare il comportamento Formulare il concetto di funzione di stato. Mettere a confronto trasformazioni reali e trasformazioni quasistatiche. Interpretare il primo principio della termodinamica alla luce del principio di conservazione dell energia. Esaminare le possibili, diverse, trasformazioni termodinamiche. Descrivere l aumento di temperatura di un gas in funzione delle modalità con cui avviene il riscaldamento. Formalizzare il principio zero della termodinamica, le equazioni relative alle diverse trasformazioni termodinamiche e l espressione dei calori specifici del gas perfetto. per la valutazione del processo di Indicare le variabili che identificano lo stato termodinamico di un sistema. Esprimere la differenza tra grandezze estensive e intensive. Definire il lavoro termodinamico. Riconoscere che il lavoro termodinamico è una funzione di stato. Descrivere le principali trasformazioni di un gas perfetto, come applicazioni del primo principio. Definire i calori specifici del gas perfetto. Definire le trasformazioni cicliche. Interpretare il lavoro termodinamico in un grafico pressione-volume. Applicare le relazioni appropriate in ogni singola e diversa trasformazione di stato. Calcolare i calori specifici del gas perfetto. TEMPO: 10h

20 UNITA TEMATICA 13 Il secondo principio della termodinamica Conoscenze -Le macchine termiche - Il secondo principio della termodinamica: enunciato di lord Kelvin ed enunciato di Clausius -Terzo enunciato: il rendimento - Trasformazioni reversibili ed irreversibili -Teorema di Carnot -Ciclo di Carnot e rendimento di una macchina di Carnot -Il frigorifero rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi. Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. Analizzare come sfruttare l espansione di un gas per produrre lavoro. Analizzare alcuni fenomeni della vita reale dal punto di vista della loro reversibilità, o irreversibilità. Indicare le condizioni necessarie per il funzionamento di una macchina termica. Analizzare il rapporto tra il lavoro totale prodotto dalla macchina e la quantità di calore assorbita. Formulare il secondo principio della termodinamica, distinguendo i suoi due primi enunciati. Formulare il terzo enunciato del secondo principio. Formalizzare il teorema di Carnot e dimostrarne la validità. per la valutazione del processo di Descrivere il principio di funzionamento di una macchina termica. Descrivere il bilancio energetico di una macchina termica. Definire il concetto di sorgente ideale di calore. Definire il rendimento di una macchina termica. Definire la macchina termica reversibile e descriverne le caratteristiche. Descrivere il ciclo di Carnot. Mettere a confronto i primi due enunciati del secondo principio e dimostrare la loro equivalenza. Applicare le relazioni individuate al fine di risolvere i problemi proposti. Analizzare e descrivere il funzionamento delle macchine termiche di uso quotidiano nella vita reale. TEMPO: 10h

21 UNITA TEMATICA 14 Entropia e disordine Conoscenze -La disuguaglianza di Clausius -L entropia -L entropia di un sistema isolato -Il quarto enunciato del secondo principio -L entropia di un sistema non isolato -Stati macroscopici e stati microscopici -il terzo principio della termodinamica Osservare e identificare i fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi. Osservare la qualità delle sorgenti di calore. Confrontare l energia ordinata a livello macroscopico e l energia disordinata a livello microscopico. Identificare gli stati, macroscopico e microscopico, di un sistema. Enunciare e dimostrare la disuguaglianza di Clausius. Esaminare l entropia di un sistema isolato in presenza di trasformazioni reversibili e irreversibili. Discutere l entropia di un sistema non isolato. Discutere la relazione tra il grado di disordine di un microstato e la sua probabilità di realizzarsi spontaneamente. per la valutazione del processo di Definire l entropia. Indicare l evoluzione spontanea di un sistema isolato. Definire la molteplicità di un macrostato. Descrivere le caratteristiche dell entropia. Indicare il verso delle trasformazioni di energia (la freccia del tempo). Formulare il quarto enunciato del secondo principio. Formalizzare l equazione di Boltzmann per l entropia. Formulare il terzo principio della termodinamica. TEMPO : 8h Le unità tematiche, dalla 6 a alla14 a, saranno svolte preferibilmente nel pentamestre.

22 Programmazione quarto anno UNITA TEMATICA 15 Le onde elastiche Conoscenze -Le onde -Fronti d onda e raggi -Le onde periodiche -Le onde armoniche -L interferenza -L interferenza in un piano e nello spazio Osservare e identificare fenomeni. rendere ragione 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 di modelli. applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Osservare un moto ondulatorio e i modi in cui si propaga. Analizzare cosa oscilla in un onda. Analizzare le grandezze caratteristiche di un onda. Capire cosa accade quando due, o più, onde si propagano contemporaneamente nello stesso mezzo materiale. Costruire un esperimento con l ondoscopio e osservare l interferenza tra onde nel piano e nello spazio. Formalizzare il concetto di onda armonica. Formalizzare il concetto di onde coerenti. per la valutazione del processo di Definire i tipi di onde osservati. Definire le onde periodiche e le onde armoniche. Rappresentare graficamente un onda e definire cosa si intende per fronte d onda e la relazione tra i fronti e i raggi dell onda stessa. Definire lunghezza d onda, periodo, frequenza e velocità di propagazione di un onda. Ragionare sul principio di sovrapposizione e definire l interferenza costruttiva e distruttiva su una corda. Definire le condizioni di interferenza, costruttiva e distruttiva, nel piano e nello spazio. Applicare le leggi delle onde armoniche. Applicare le leggi relative all interferenza nelle diverse condizioni di fase. TEMPO : 11h

23 UNITA TEMATICA 16 Il suono Conoscenze -Le onde sonore -Le caratteristiche del suono -I limiti dell udibilità -L eco -Le onde stazionarie -I battimenti -L effetto Doppler Osservare e identificare i fenomeni. rendere ragione del significato dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Capire l origine del suono. Osservare le modalità di propagazione dell onda sonora. Creare piccoli esperimenti per individuare i mezzi in cui si propaga il suono. Analizzare la percezione dei suoni. Analizzare le onde stazionarie. Eseguire semplici esperimenti sulla misura delle frequenze percepite quando la sorgente sonora e/o il ricevitore siano in quiete o in moto reciproco relativo. Analizzare il fenomeno dei battimenti. L onda sonora è un onda longitudinale. Formalizzare il concetto di modo normale di oscillazione. Formalizzare l effetto Doppler. per la valutazione del processo di Definire le grandezze caratteristiche del suono. Definire il livello di intensità sonora e i limiti di udibilità. Calcolare la frequenza dei battimenti. Definire la velocità di propagazione di un onda sonora. Calcolare le frequenze percepite nei casi in cui la sorgente sonora e il ricevitore siano in moto reciproco relativo. TEMPO : 11h Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive. Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi. Riconoscere l importanza delle applicazioni dell effetto Doppler in molte situazioni della vita reale.

24 UNITA TEMATICA 17 Le onde luminose Capitolo -Onde e corpuscoli -L irradiamento e l intensità di radiazione -L interferenza della luce -La diffrazione e la diffrazione della luce -Il reticolo di diffrazione I colori e la lunghezza d onda -L emissione e la lunghezza d onda della luce Osservare e identificare fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale,dove 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 di modelli. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Interrogarsi sulla natura della luce. Analizzare i comportamenti della luce nelle diverse situazioni. Effettuare esperimenti con due fenditure illuminate da una sorgente luminosa per analizzare il fenomeno dell interferenza. Analizzare l esperimento di Young. Capire cosa succede quando la luce incontra un ostacolo. Analizzare la relazione tra lunghezza d onda e colore. Analizzare gli spettri di emissione delle sorgenti luminose. Constatare che le stelle, anche molto lontane, sono costituite dagli stessi elementi presenti sulla Terra. per la valutazione del processo di Esporre il dualismo ondacorpuscolo. Definire le grandezze radiometriche e fotometriche. Formulare le relazioni matematiche per l interferenza costruttiva e distruttiva. Mettere in relazione la diffrazione delle onde con le dimensioni dell ostacolo incontrato. Analizzare la figura di diffrazione e calcolare le posizioni delle frange, chiare e scure. Discutere la figura di diffrazione ottenuta con l utilizzo di un reticolo di diffrazione. Mettere a confronto onde sonore e onde luminose. Riconoscere gli spettri emessi da corpi solidi, liquidi e gas. Discutere dell identità tra fisica celeste e fisica terrestre. TEMPO : 11h Le unità tematiche, dalla 15 a alla 17 a, vanno svolte preferibilmente entro il primo trimestre, per un numero complessivo di ore pari a 33.

25 UNITA TEMATICA 18 La carica elettrica e la legge di Coulomb Conoscenze -L elettrizzazione per strofinio -I conduttori e gli isolanti -La definizione operativa della carica elettrica -La legge di Coulomb -La forza di Coulomb nella materia -L elettrizzazione della materia Osservare e identificare fenomeni. rendere ragione dei vari aspetti del metodo sperimentale,dove 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 di modelli. Riconoscere che alcuni oggetti sfregati con la lana possono attirare altri oggetti leggeri. Capire come verificare la carica elettrica di un oggetto. Utilizzare la bilancia a torsione per determinare le caratteristiche della forza elettrica. Creare piccoli esperimenti per analizzare i diversi metodi di elettrizzazione. Studiare il modello microscopico della materia. Individuare le potenzialità offerte dalla carica per induzione e dalla polarizzazione. Sperimentare l azione reciproca di due corpi puntiformi carichi. per la valutazione del processo di Identificare il fenomeno dell elettrizzazio-ne. Descrivere l elettroscopio e definire la carica elettrica elementare. Definire e descrivere l elettrizzazione per strofinio, contatto e induzione. Definire la polarizzazione. Definire i corpi conduttori e quelli isolanti. Riconoscere che la carica che si deposita su oggetti elettrizzati per contatto e per induzione ha lo stesso segno di quella dell induttore. Formulare e descrivere la legge di Coulomb. Definire la costante dielettrica relativa e assoluta. TEMPO: 7h applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Riconoscere che la forza elettrica dipende dal mezzo nel quale avvengono i fenomeni elettrici. Formalizzare le caratteristiche della forza di Coulomb. Formalizzare il principio di sovrapposizione. Interrogarsi sul significato di forza a distanza. Utilizzare le relazioni matematiche appropriate alla risoluzione dei problemi proposti.

26 UNITA TEMATICA 19 Il campo elettrico Conoscenze - Il vettore campo elettrico -Il campo elettrico di una carica puntiforme -Le linee del campo elettrico -Il flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie -Teorema di Gauss per il campo elettrico -Il campo elettrico generato da una distribuzione piana infinita di cariche -Altri campi elettrici con particolari simmetrie Osservare e identificare fenomeni. rendere ragione dei vari sperimentale, dove 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 di modelli. matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione. Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi. Osservare le caratteristiche di una zona dello spazio in presenza e in assenza di una carica elettrica. Creare piccoli esperimenti per visualizzare il campo elettrico. Verificare le caratteristiche vettoriali del campo elettrico. Analizzare la relazione tra il campo elettrico in un punto dello spazio e la forza elettrica agente su una carica in quel punto. Analizzare il campo elettrico generato da distribuzioni di cariche con particolari simmetrie. Formalizzare il principio di sovrapposizione dei campi elettrici. Individuare le analogie e le differenze tra campo elettrico e campo gravitazionale. per la valutazione del processo di Definire il concetto di campo elettrico. Rappresentare le linee del campo elettrico prodotto da una o più cariche puntiformi. 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. Definire il vettore superficie di una superficie piana immersa nello spazio. Applicare il teorema di Gauss a distribuzioni diverse di cariche per ricavare l espressione del campo elettrico prodotto. Applicare le relazioni appropriate alla risoluzione dei problemi proposti. Mettere a confronto campo elettrico e campo gravitazionale. TEMPO :8h