LICEO SCIENTIFICO G. GALILEI - Verona Anno Scolastico

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1 PROGRAMMA PREVISTO Testo di riferimento: "L indagine del mondo fisico Vol. B (Bergamaschini, Marazzini, Mazzoni) Le unità didattiche a fondo chiaro sono irrinunciabili. Le unità didattiche a fondo scuro potranno essere rinviate o trattate in modo molto sintetico in caso di necessità. Gli argomenti riportati in corsivo potranno essere saltati o non approfonditi. Modulo n 1: Richiami di cinematica e teoria della misura Grafici cartesiani, risoluzione di equazioni di 1 e 2 grado, risoluzione di sistemi di equazioni, equazioni e grafici di retta e parabola, utilizzo delle potenze e della notazione scientifica. Calcolo vettoriale Conoscenze sul moto acquisite nel biennio: velocità, accelerazione, moto rettilineo, grafici e moto. Conoscenze sull elaborazione dei dati e sulle grandezze fisiche acquisite nel corso del biennio. 1. Richiami sul moto rettilineo: velocità e accelerazione, significato geometrico, moto rettilineo uniforme e moto rettilineo uniformemente accelerato. Spostamento e area. 2. Teoria della misura: misura diretta delle grandezze fisiche (misure dirette, incertezza, errore assoluto, cifre significative, valor medio, istogrammi, semidispersione, approssimazioni, calcoli), misure indirette e propagazione degli errori; rappresentazione dei dati (tabelle, istogrammi, grafici); ricerca di correlazioni fra dati (interpolazione). 1. Saper definire la velocità e l accelerazione, distinguendo tra media e istantanea; sapere quando è necessario utilizzare velocità e accelerazione vettoriali; saper distinguere tra lunghezza del percorso e spostamento; 2. Saper interpretare geometricamente la velocità e l accelerazione; 3. Saper determinare unità di misura e dimensioni di una grandezza fisica; 4. Saper impostare e risolvere un problema sul moto individuando le condizioni iniziali e le leggi del moto da utilizzare; 5. Saper riconoscere i casi particolari del moto rettilineo uniforme e del moto uniformemente accelerato; saper risolvere esercizi su tali moti. 6. Saper elaborare dati relativi ad un semplice esperimento in cui si misuri una grandezza in modo diretto o indiretto. 7. Saper ricercare le correlazioni fra dati. Misure ripetute del periodo di oscillazione di un pendolo (misure dirette); Determinazione del valore di g mediante misura del periodo di un pendolo (misure indirette) Ricerca della relazione fra periodo e lunghezza di un pendolo (interpolazione). Verifiche: compito scritto con problemi ed esercizi (1 ora), colloqui sulla teoria. Tempi: 1 mese (presumibilmente: settembre e prima metà di ottobre) 1

2 Modulo n 1. Modulo n 2: Relatività del moto 1. Principio di relatività: Quiete e moto rettilineo uniforme; relatività del moto; composizione dei movimenti.; moto parabolico. Principio d inerzia. Indistinguibilità dei sistemi di riferimento. 2. Sistemi di riferimento e trasformazioni di Galilei Sistemi di riferimento inerziali; Sistemi di riferimento non inerziali; Trasformazioni di Galilei (coordinate, velocità, accelerazione); Invarianza dell accelerazione e invarianza delle lunghezze. 1. Conoscere, comprendere e saper utilizzare il principio di relatività; 2. Conoscere, aver compreso, saper dimostrare, saper utilizzare le trasformazioni di Galilei; 3. Saper studiare un moto qualsiasi scomponendolo nei moti componenti; 4. Saper descrivere moti passando da un riferimento ad un altro; 5. Saper scegliere un sistema di riferimento opportuno per descrivere un moto; 6. Saper utilizzare le leggi studiate per risolvere problemi sul moto parabolico e sulla relatività. Verifiche: test a scelta multipla su 1 e 2 modulo (1 ora); compito scritto con problemi ed esercizi (1 ora), colloqui sulla teoria. Tempi: 1 mese (da metà ottobre a metà novembre) 2

3 Modulo n 3: Forze e momenti Moduli n 1 e n 2. Concetti di dinamica sviluppati nel biennio 1. Leggi della dinamica: accelerazioni e forze; il primo principio della dinamica; il secondo principio della dinamica; la massa e l inerzia; impulso, quantità di moto, principio di azione e reazione. 2. Forze e moto: Forza e moto parabolico, massa gravitazionale; forza d attrito radente e forza d attrito viscoso; moto sul piano inclinato; forza elastica; applicazioni dei principi della dinamica; pendolo semplice. 3. Dinamica e sistemi di riferimento:invarianza delle leggi della dinamica; sistemi accelerati e forze fittizie. 4. Corpo rigido e momenti: corpo rigido; composizione di forze; momento di una forza e di una coppia; baricentro di un sistema. 1. Conoscere il primo e il secondo principio della dinamica; saper utilizzare tali principi per descrivere dinamicamente il moto di un corpo. 2. Conoscere e saper descrivere il principio di azione e reazione, l impulso e la sua relazione con la variazione della quantità di moto. 3. Saper descrivere il moto parabolico e analizzarlo in termini di forza peso. 4. Conoscere e saper utilizzare le leggi sull attrito radente. 5. Conoscere e saper utilizzare le leggi sulla forza elastica. 6. Comprendere che dall invarianza delle accelerazioni discende l invarianza delle leggi della dinamica per sistemi inerziali. 7. Conoscere e saper utilizzare i concetti di momento di una forza, momento di una coppia, baricentro. Analisi del 2 principio con la rotaia a cuscino d aria e con acquisizione dati automatica. problemi ed esercizi (1 ora), colloqui sulla teoria. Tempi: 1 mese e mezzo (novembre, dicembre, prime tre settimane di gennaio) 3

4 Moduli n 1, 2, 3. LICEO SCIENTIFICO G. GALILEI - Verona Modulo n 4: Moto circolare e gravitazione universale 1. Il moto circolare: definizione di moto circolare uniforme, parametri (frequenza, periodo, velocità angolare e tangenziale); relazioni fra i parametri; accelerazione centripeta; forza centripeta; moto circolare uniformemente accelerato; momento d inerzia e dinamica del moto circolare accelerato. 2. Gravitazione universale: moto di corpi celesti; modelli geocentrici ed eliocentrici; le leggi di Keplero; la legge di gravitazione universale e sua deduzione; applicazioni della legge di gravitazione universale. 1. Conoscere e saper utilizzare i concetti relativi al moto circolare. 2. Sape ricavare le relazioni fra i parametri che descrivono il moto circolare e fra l accelerazione centripeta e la velocità. 3. Saper descrivere il moto circolare in termini di forza centripeta. 4. Comprendere il significato di forza centrifuga. 5. Conoscere l analogia tra le relazioni che descrivono il moto rettilineo e quelle che descrivono il moto circolare. 6. Saper risolvere problemi sul moto circolare. 7. Conoscere e saper inquadrare storicamente le teorie sul moto dei pianeti, conoscere e saper descrivere le leggi di Keplero. 8. Conoscere e saper dedurre la legge di gravitazione universale. 9. Conoscere e saper ricavare l energia potenziale gravitazionale, saperla utilizzare per descrivere il moto di corpi celesti e satelliti. 10. Saper risolvere problemi sulla gravitazione. problemi ed esercizi (1 ora), colloqui sulla teoria. Tempi: gennaio - febbraio. 4

5 Moduli n 1, 2, 3, 4. Modulo n 5: Principi di conservazione (prima parte) 1. Conservazione della quantità di moto: sistema isolato; conservazione della massa; principio di conservazione della quantità di moto; legame con la terza legge della dinamica;urti elastici e anelastici; esplosioni e propulsione a reazione. 2. Conservazione del momento angolare: momento angolare; conservazione del momento angolare; applicazioni. 1. Saper definire il concetto di sistema isolato. 2. Comprendere il principio di conservazione della massa. 3. Conoscere e saper utilizzare il principio di conservazione della quantità di moto. 4. Conoscere e saper ricavare la relazione fra conservazione della quantità di moto e terza legge della dinamica. 5. Conoscere e saper utilizzare il principio di conservazione del momento angolare. Analisi di fenomeni di urto-esplosione con la rotaia a cuscino d aria e con acquisizione dati automatica problemi ed esercizi (1 o 2 ore), colloqui sulla teoria. Tempi: marzo 5

6 Modulo n 6: Principi di conservazione (seconda parte) Moduli n 1, 2, 3,4, Lavoro ed energia: lavoro di una forza costante e variabile, legame fra lavoro e area; potenza; legame fra lavoro di una forza e variazione dell energia cinetica; significato del concetto energia. 2. Forze conservative: lavoro della forza peso ed energia potenziale gravitazionale; il significato dell energia potenziale; lavoro su un percorso chiuso e forze conservative; lavoro della forza elastica ed energia potenziale elastica. 3. Energia potenziale gravitazionale: lavoro della forza gravitazionale su un percorso chiuso; la funzione energia potenziale gravitazionale; energia potenziale gravitazionale in prossimità della terra; moto di satelliti e stati legati; velocità di fuga. 4. Conservazione dell energia meccanica: sistemi soggetti a sole forze conservative; conservazione dell energia meccanica; lavoro delle forze non conservative e variazione dell energia meccanica; applicazioni, urti elastici; invarianze e principi di conservazione. 1. Saper definire il lavoro di una forza e l energia cinetica; conoscere e saper dedurre il legame tra lavoro e variazione dell energia cinetica 2. Saper definire e descrivere il concetto di forza conservativa; saper definire il concetto di energia potenziale; saper enunciare e spiegare la conservazione dell energia meccanica; 3. Saper risolvere problemi sul moto utilizzando il concetto di energia; 4. Saper riconoscere che il principio di conservazione è legato all esistenza di una particolare invarianza; 5. Conoscere e saper utilizzare il legame fra lavoro delle forze non conservative e la variazione dell energia meccanica. problemi ed esercizi (1 ora), colloqui sulla teoria. Tempi: aprile -maggio 6

7 Modulo n 7: Teoria cinetica della materia Concetti di velocità, particella materiale, quantità di moto, energia. Conoscenze su calore, temperatura, trasmissione del calore, cambiamenti di fase acquisite nel biennio 1. Richiami ai concetti di temperatura e calore: calore come meccanismo di scambio energetico; equilibrio termico e principio zero della termodinamica, termometri e scale termometriche, calore specifico ed equazione fondamentale della calorimetria. 2. Il gas ideale: le leggi dei gas (isobara, isocora, isoterma), l equazione di stato dei gas ideali. 3. Teoria cinetica dei Gas perfetti: modello meccanico del gas ideale, la formula di Clausius e la sua deduzione, la temperatura come espressione dell energia cinetica, energia interna, calore specifico dei gas ideali, equipartizione dell energia. 1. Conoscere e saper descrivere il concetto di temperatura, il concetto di calore e quello di energia interna. 2. Conoscere e saper utilizzare il principio zero della termodinamica. 3. Conoscere e saper utilizzare la relazione fondamentale sul calore e i calori specifici. 4. Conoscere e saper utilizzare le leggi per le trasformazioni dei gas ideali. 5. Conoscere, saper dedurre e utilizzare l equazione di stato dei gas ideali. 6. Conoscere e descrivere il modello microscopico del gas ideale; 7. Dedurre, dal modello microscopico, la relazione fra temperatura assoluta ed energia cinetica media. 8. Interpretare i parametri macroscopici di un gas alla luce del modello microscopico. 9. Utilizzare il modello microscopico per stimare velocità medie. 10. Conoscere e utilizzare il principio di equipartizione dell energia per stimare i valori dei calori specifici dei gas. Misura della temperatura di equilibrio; misura di calori specifici. Determinazione sperimentale delle leggi di trasformazione dei gas. problemi ed esercizi (1 o 2 ore), colloqui sulla teoria. Tempi: 1 mese al termine del secondo quadrimestre (se possibile) Verona, 21/09/06 Il docente (prof. Paolo Gini) 7