I.I..S. A. MORO - Rivarolo C.se Sez. scientifica. Anno scolastico 2014/15

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1 I.I..S. A. MORO - Rivarolo C.se Sez. scientifica Anno scolastico 2014/15 PROGRAMMA CON OBIETTIVI MINIMI DI FISICA CLASSE 4A Docente: Giovanni Berta Gas Perfetti La temperatura assoluta. I gas perfetti; le leggi di Boyle e di Gay-Lussac; l equazione di stato dei gas perfetti. Le trasformazioni adiabatiche Teoria cinetica dei gas ideali La distribuzione maxwelliana delle velocità molecolari. Principi della termodinamica L equivalenza tra calore e lavoro. L energia interna. Il primo principio della termodinamica. Trasformazioni e lavoro; trasformazioni e calore. Il rendimento delle macchine termiche; ill ciclo di Carnot. Il secondo principio della termodinamica. Moto armonico Moto armonico; equazione oraria e grafico del moto armonico; velocità e accelerazione nel moto armonico; periodo e frequenza. Energia nel moto armonico di una molla. Il pendolo. Moto oscillatorio smorzato e forzato. Onde meccaniche Onde trasversali e onde longitudinali. Onde armoniche. Velocità di propagazione delle onde. Onde bidimensionali. Principio di Huygens. Riflessione, rifrazione, diffrazione e interferenza. Il suono Le onde sonore. Propagazione delle onde sonore. Caratteristiche del suono. Ottica geometrica Propagazione della luce, riflessione, rifrazione dispersione. Specchi piani, concavi e convessi. Lenti sottili convergenti e divergenti: costruzione grafica delle immagini; formula delle lenti sottili. Ottica fisica Il modello ondulatorio. Interferenza; l esperimento di Young. Diffrazione. Fenomeni elettrostatici e campi elettrici La carica elettrica. Conduttori e isolanti. La legge di Coulomb. La distribuzione della carica nei conduttori. Il campo elettrico e la sua rappresentazione.

2 ESERCIZI PER L ATTIVITA DI RECUPERO ESERCIZI DI TERMODINAMICA 1) Classifica le seguenti trasformazioni (isocora, isobara, isoterma): [ P p p p T(K) V T(C) T( K) 2) Un gas occupa un volume 240 litri, alla pressione di 100 kpa e alla temperatura di 20 C. Riducendo, a temperatura costante, il suo volume a 60 l, quale sarà la pressione risultante? Se poi, mantenendo il volume a 60 l, scaldiamo il gas fino a 100 C, quale sarà la nuova pressione? Se, infine, mantenendo la temperatura a 100 C, riportiamo la pressione a 100kPa, quale volume occuperà il gas? Rappresenta le trasformazioni del gas in un diagramma pv. 3) Descrivi la curva rappresentativa delle distribuzioni delle velocità molecolari di un gas perfetto a una data temperatura T. 4) Qual è il rendimento massimo che può avere una macchina che lavora tra le temperature di 200 C e 16 C? Se si tratta di una macchina di Carnot che lavora tra le stesse temperature, assorbendo una quantità di calore di 5200 J dal termostato caldo, quanto vale il calore che cede al termostato freddo? 5) Ad un gas racchiuso in un cilindro dotato di pistone scorrevole viene ceduta una quantità di calore Q = 400 cal. Il gas si riscalda e solleva il pistone, compiendo su di esso un lavoro di 1500 J. Calcola la variazione di energia interna del gas. La temperatura del gas aumenta, diminuisce o rimane costante? 6) Due macchine termiche A e B lavorano entrambe tra due temperature T1 e T2. Durante un ciclo, della durata di 40 s, A assorbe un calore pari a J e fornisce un lavoro pari a 7940 J; B assorbe, in un ciclo di 20 s, 6280 J e fornisce un lavoro di 2820 J. Qual è il rendimento di ciascuna delle due macchine? Qual è la potenza sviluppata da ciascuna macchina? ESERCIZI SUL MOTO ARMONICO

3 1) Calcola periodo, velocità e accelerazione in funzione del tempo di un moto armonico descritto π 1 dall'equazione s = (10 cm)cos[( s ) t] 3 2) Calcola la frequenza di un pendolo di lunghezza 50 cm che compie piccole oscillazioni sulla Terra 3) Calcola la lunghezza di un pendolo che compie piccole oscillazioni con frequenza di 3 Hz. 4) Una molla di costante elastica 20 N/mm, a cui è agganciata in posizione orizzontale una massa, oscilla con periodo di 1 ms. Determina la massa appesa alla molla ESERCIZI ONDE MECCANICHE E SUONO 1) Un'onda periodica ha lunghezza d'onda di 12 m e si propaga in un mezzo con velocità 4*10 3 m/s. Quali sono la sua frequenza e il suo periodo? 2) La più piccola frequenza percepita dal nostro orecchio è 20 Hz, quella più grande Hz. Quali sono le lunghezze d'onda corrispondenti? 3) Il LA emesso da un diapason ha la frequenza di 440 Hz. Quali sono la lunghezza d'onda in aria e in acqua (Vsuono in acqua= 1480 m/s; Vsuono in aria =340 m/s) 4) Quale fenomeno ondoso è rappresentato in questa illustrazione? Da cosa lo riconosci? Cosa si può dire riguardo la frequenza, la lunghezza d onda e la velocità dell onda nei due mezzi? 5) Nell illustrazione è mostrato un fronte d onda piano che passa attraverso una fenditura. Spiega che cosa succede al fronte d onda, citando il principio opportuno. 6) Analizza il fenomeno ondoso riportato in questa illustrazione ESERCIZI SU LUCE E OTTICA GEOMETRICA 1) La velocità della luce nel vetro è 2 * 10 8 m/s. Qual è l'indice di rifrazione del vetro?

4 2) La luce del sole impiega 8,3 minuti per raggiungere la Terra. Calcola la distanza media Terra -Sole 3) Un raggio di luce attraversa l'acqua (indice di rifrazione= 1,33). Trova la velocità della luce nell'acqua. 4) Un raggio di luce si propaga in aria ( indice di rifrazione aria = 1) e incide su una lastra di vetro (indice di rifrazione vetro = 1,58) con un angolo di incidenza di 60. Quanto vale l'angolo di rifrazione? 5) Un fascio di luce si propaga nell'aria e incide su un materiale trasparente. Gli angoli di incidenza e rifrazione sono rispettivamente 63 e 47. Calcola la velocità della luce nel materiale 6) Un raggio di luce attraversa un diamante ( indice di rifrazione = 2,42) e colpisce la superficie di separazione tra l'aria e il diamante con un angolo di incidenza di 28. Si ha riflessione totale? Cosa avviene se il diamante è immerso in acqua ( indice di rifrazione = 1,33)? 7)Un raggio di luce attraversa le pareti in vetro ( indice di rifrazione = 1,60) di una vasca di acqua salata (indice di rifrazione = 1,55). Quanto vale l'angolo limite per un raggio di luce cha passa dal vetro all'acqua salata? 8) Una lente convergente ha distanza focale di 5 cm. Un oggetto è disposto a 2 cm dal centro della lente. Costruisci l'immagine con il diagramma dei raggi, quindi determina la posizione dell'immagine e l'ingrandimento della lente. 9)Un oggetto è disposto a 8 cm da una lente divergente con distanza focale di 6 cm. Dopo aver costruito l'immagine con il diagramma dei raggi, determina la sua posizione e l'ingrandimento della lente. ESERCIZI SU OTTICA FISICA 1) Due sorgenti coerenti identiche emettono luce monocromatica di lunghezza d'onda 8 * 10-7 m. Il punto P dista x 1 = 120 *10-7 m dalla prima sorgente e x 2 = 364*10-7 m dalla seconda. Nel punto P si ha interferenza costruttiva o distruttiva? 2)Un fascio di luce verde ( lunghezza d'onda = 480 nm) illumina due sottili fenditure distanti 10 m da uno schermo. La prima frangia luminosa di interferenza appare sullo schermo a 0,30 cm da quella centrale. Qual è la distanza tra le due fenditure? ESERCIZI SU ELETTROSTATICA 1) Due cariche puntiformi di 3 µc e 6 µc si respingono nel vuoto con una forza di 2 N. A quale distanza si trovano le due cariche? 2) Considera tre cariche uguali (Q = 2*10-6 C), allineate, disposte come in fig. (nella pag. seguente) a) traccia i vettori forza che agiscono sulla carica centrale b) determina direzione, verso e intensità della forza risultante sulla carica centrale

5 cm 10 cm 3) In ciascuno dei vertici di un triangolo rettangolo isoscele di cateto 1 cm è posta una carica q = 1* 10-6 C. Determinare l intensità della forza elettrica risultante agente sulla carica posta nel vertice dell angolo retto. Fai la costruzione vettoriale nella figura proposta B A a = 1cm a = 1 cm 4) Due cariche Q 1 = 2,5 nc e Q 2 = -3,8 nc sono immerse nell acqua a una distanza di 1,5 cm. Calcola il modulo della forza con cui le cariche si attraggono (la costante dielettrica relativa dell acqua è 80). 5) Se due cariche puntiformi di uguale valore q e di segno opposto sono poste ad una distanza d come in fig., il vettore campo elettrico nel punto medio M è: a) nullo b) diretto da C verso D c) diretto da D verso C e) nessuna delle precedenti motivare con la corretta costruzione vettoriale + q C D.M -q - 6) Il modulo del campo elettrico prodotto da una carica puntiforme a una distanza di 4 cm è 10 N/C. Quanto vale il modulo del campo a una distanza di 2 cm? 7) In figura è mostrata una configurazione di due cariche. Qual è direzione, verso e intensità del campo elettrico in P? Fai la costruzione vettoriale nella figura proposta 0,30 m q 1 =-2,5 µc 0,4 m.p 0,30 m q 2 =-2,5 µc