ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE MAJORANA Via Ada Negri, 14 10024 MONCALIERI (TO) Codice fiscale 84511990016 Sezione Liceale E.Majorana Scientifico - Linguistico Via Ada Negri, 14 10024 MONCALIERI Tel. 0116471271/2 Sezione Tecnico Economica A.Marro Strada Torino, 32 10024 MONCALIERI Tel. 011/6407186 E-mail: tois032003@pec.istruzione.it / iismajoranamoncalieri@pec.it /majorr@tin.it www.majorana-marro.gov.it PIANO DI LAVORO ANNUALE PROF.ssa A. BARAVALLE MATERIA: FISICA CLASSE: 5B a. s. 2017 2018 Premessa: gli obiettivi cognitivi sono stati formulati coerentemente con le Indicazioni Nazionali per i programmi per il liceo scientifico e per il liceo scientifico opzione scienze applicate prevedendo un monte ore annuo di 99 ore. Tuttavia, situazioni contingenti, che tengano conto anche delle specifiche esigenze della classe, potranno apportare una riformulazione in itinere della programmazione in relazione a contenuti e loro scansione temporale. 1. Obiettivi cognitivi 1. CONOSCENZE 1. Campo magnetico La forza di Lorentz. Il moto di una carica in un campo magnetico uniforme. Il selettore di velocità e lo spettrometro di massa. Il flusso del campo magnetico e il teorema di Gauss per il magnetismo. La circuitazione del campo magnetico e il teorema di Ampère. Le sostanze ferromagnetiche. 2. Induzione elettromagnetica La corrente indotta e l induzione elettromagnetica. La legge di Faraday-Neumann. La forza elettromotrice indotta media e istantanea. La legge di Lenz sul verso della corrente indotta. Le correnti di Foucault. L autoinduzione e la mutua induzione. 1
L energia immagazzinata in un solenoide. L alternatore e la corrente alternata Circuiti RLC in corrente alternata e la risonanza Il trasformatore 3. Equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche Le equazioni dei campi elettrostatico e magnetostatico. Campi che variano nel tempo. La corrente di spostamento Le equazioni di Maxwell e il campo elettromagnetico. Le onde elettromagnetiche: produzione, propagazione e ricezione. Lo spettro elettromagnetico. Energia di un onda elettromagnetica. Polarizzazione di un onda elettromagnetica. 4. Relatività ristretta L invarianza della velocità della luce. L esperimento di Michelson-Morley. Gli assiomi della teoria della relatività ristretta. Il concetto di simultaneità e la sua relatività. La dilatazione dei tempi. La contrazione delle lunghezze. Quantità di moto relativistica L equivalenza tra massa ed energia. 5. Relatività generale (cenni) Massa inerziale e gravitazionale, sistemi accelerati e gravità I principi della relatività generale. Le geometrie non euclidee e la curvatura dello spazio-tempo. La deflessione gravitazionale della luce e dei tempi I buchi neri e le onde gravitazionali. 6. Particelle e onde Il dualismo onda-corpuscolo La radiazione di corpo nero e l ipotesi di Planck L effetto fotoelettrico e la sua spiegazione secondo Einstein. L effetto Compton e la quantità di moto di un fotone La natura ondulatoria dei corpi materiali e la lunghezza d onda di de Broglie Le onde di probabilità e l equazione di Schrödinger. Il principio di indeterminazione di Heisenberg 7. La natura dell atomo Il modello atomico di Rutherford Gli spettri a righe. Il modello di Bohr dell atomo di idrogeno La quantizzazione delle orbite secondo de Broglie 8. Fisica Nucleare e radioattività La struttura del nucleo Forze nucleari e energia di legame dei nuclei La radioattività e i decadimenti alfa, beta e gamma Il neutrino e l interazione debole La legge del decadimento radioattivo. Datazioni radiometriche. La fissione nucleare. La fusione nucleare. 2
2. COMPETENZE Lo studio della fisica si inserisce nello sviluppo dell asse scientifico-tecnologico, pur concorrendo al potenziamento dell asse matematico e dell asse dei linguaggi La fisica, insieme alle altre scienze, ha l obiettivo di facilitare lo studente nell esplorazione del mondo circostante, per osservarne i fenomeni e comprendere il valore della conoscenza del mondo naturale e di quello delle attività umane. La fisica nella classe quarta concorrerà allo sviluppo delle competenze inerenti a: osservare, descrivere ed analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale utilizzare il concetto di energia per descrivere fenomeni e trasformazioni che avvengono nel mondo naturale riconoscere la differenza tra osservazione e deduzione analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni termici analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni ondosi analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni elettrici utilizzare il concetto di energia per descrivere fenomeni e trasformazioni che avvengono nel mondo naturale modellizzare una situazione reale complessa, individuandone gli aspetti essenziali e operando le opportune semplificazioni. comunicare ed esporre, con un linguaggio adeguato, in modo chiaro e sintetico, le procedure seguite ed i risultati ottenuti. 3. CAPACITA Determinare intensità, direzione e verso della forza agente su una carica in moto. Analizzare il moto di una particella carica all interno di un campo magnetico uniforme. Collegare l uso dello spettrometro di massa alla individuazione degli isotopi nucleari. Cogliere il collegamento tra teorema di Gauss per il magnetismo e non esistenza del monopolo magnetico e tra teorema di Ampère e non conservatività del campo magnetico. Spiegare come avviene la produzione di corrente indotta. Ricavare la formula della legge di Faraday-Neumann analizzando il moto di una sbarretta in un campo magnetico. Interpretare la legge di Lenz come conseguenza del principio di conservazione dell energia. Descrivere i fenomeni di autoinduzione e di mutua induzione. Descrivere il funzionamento dell alternatore e il meccanismo di produzione della corrente alternata. Analizzare un circuito RLC in corrente alternata. Comprendere la relazione tra campo elettrico indotto e campo magnetico variabile. Cogliere il significato delle equazioni di Maxwell. Distinguere le varie parti dello spettro elettromagnetico e individuare le caratteristiche comuni alle diverse onde elettromagnetiche. Descrivere il modo in cui un onda elettromagnetica è prodotta, si propaga ed è ricevuta. Descrivere le proprietà delle onde appartenenti alle varie bande dello spettro elettromagnetico. Illustrare alcuni utilizzi delle onde elettromagnetiche. Comprendere il ruolo dell esperimento di Michelson-Morley in relazione al principio di invarianza della velocità della luce. Comprendere il legame tra la misura di un intervallo di tempo o di una lunghezza e il sistema di riferimento. Saper utilizzare le formule per calcolare la dilatazione dei tempi o la contrazione delle lunghezze. Utilizzare la relazione di equivalenza relativistica tra massa ed energia per determinare energie o variazioni di massa. Comprendere il significato dell equivalenza tra massa inerziale e massa gravitazionale. Confrontare il moto di un corpo in un sistema di riferimento accelerato e in un campo gravitazionale. 3
Distinguere i diversi tipi di geometria non euclidea. Comprendere il legame tra gravità e curvatura dello spazio-tempo. Comprendere il ruolo dell interpretazione dello spettro di corpo nero nella crisi della fisica classica. Descrivere l effetto fotoelettrico e l interpretazione di Einstein. Analizzare l effetto Compton in termini di interazione fotone-elettrone. Spiegare lo spettro a righe dell atomo di idrogeno e l interpretazione di Bohr. Descrivere la struttura atomica secondo il modello di Rutherford. Confrontare i modelli atomici di Rutherford e Bohr. Comprendere la funzione dell equazione di Schrödinger. Distinguere i diversi componenti del nucleo atomico. Spiegare la differenza tra numero di massa e numero atomico. Comprendere il significato di difetto di massa e il ruolo dell energia di legame nelle reazioni nucleari. Applicare la legge del decadimento radioattivo nei procedimenti di datazione. Distinguere i diversi tipi di decadimento e le loro caratteristiche. Spiegare il meccanismo della fissione nucleare e la sua applicazione nelle centrali nucleari. Illustrare il meccanismo della fusione nucleare In laboratorio gli allievi dovranno essere in grado di: Osservare, identificare e descrivere fenomeni Eseguire correttamente le misure, utilizzando gli opportuni strumenti Raccogliere, analizzare e interpretare i dati, rappresentandoli, se necessario, su un grafico 2. Contenuti Testi in adozione John D. Cutnell, Kenneth W. Johnson, David Young, Shane Stadler I problemi della fisica volumi 2 e 3 Ed. Zanichelli 4. Programma suddiviso in trimestre e pentamestre Trimestre: Modulo 1 campo magnetico Modulo 2 Induzione elettromagnetica Modulo 3 Equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche Pentamestre: Modulo 4 Relatività ristretta Modulo 5 Relatività generale (cenni) Modulo 6 Particelle e onde Modulo 7 La natura dell atomo Modulo 8 Fisica nucleare e radioattività 3. Metodologia didattica Strumenti: Libri di testo in particolare quello adottato Laboratorio di fisica Quaderno per appunti Slides e appunti forniti dal docente Schede di lavoro con esercizi 4
PC e proiettore Lavagna Fotocopie per verifiche 1 a FASE: Esposizione dei contenuti Esposizione dei contenuti strutturata attraverso lezioni frontali in classe, eventualmente utilizzando LIM e lavagna Lezioni in laboratorio di fisica con esperienze dimostrative e esplorative concrete. Periodica schematizzazione dei contenuti e loro sintesi in aggiunta alla normale spiegazione. 2 a FASE: diagnosi formativa dell apprendimento Frequente sollecitazione di interventi da parte dell insegnante, sia dal posto che alla lavagna. Risoluzioni di esercizi e problemi applicativi in classe: singolarmente, a piccoli gruppi, collettiva. Risoluzioni di esercizi e problemi applicativi a casa. Controllo periodico degli esercizi assegnati per casa, al fine di verificare costantemente il livello di apprendimento e di comprensione della materia da parte degli alunni. Correzione delle prove di verifica. Assegnazione di esercizi mirati allo sviluppo di particolari competenze Monitoraggio delle attività di laboratorio svolte dai ragazzi. 3 a FASE: valutazione sommativa Interrogazioni scritte valide per l orale sui contenuti teorici Verifiche scritte basate sulla risoluzione di esercizi e problemi Relazioni di laboratorio singole o a gruppi Interrogazioni orali Particolare attenzione verrà posta: Alla chiarezza dell esposizione del docente; ai tempi di apprendimento dei vari allievi; al costante monitoraggio dell attenzione e dell impegno sia in classe, che in laboratorio, che a casa, al fine di favorire il raggiungimento degli obiettivi; alle richieste di chiarimento dei ragazzi; al carico di lavoro richiesto. 4. Verifiche e valutazione Nello scegliere una prova di valutazione in fisica, così come nel progettare l'intero intervento didattico, l obiettivo che l'insegnante si pone è monitorare/verificare lo stadio di sviluppo di alcuni strumenti cognitivi determinanti: a) la capacità di approfondire concetti teorici a diversi livelli: pura conoscenza, comprensione, applicazione, analisi, sintesi; b) la capacità di formalizzare, in particolare tramite il linguaggio matematico, come ad esempio riconoscere relazioni di proporzionalità, saper leggere grafici, tabelle, ecc.; c) la capacità di concatenare procedure e ragionamenti: ad esempio saper applicare una legge nota, oppure riconoscere analogie, discutere ipotesi plausibili, cercare degli invarianti e così via; d) gli aspetti tecnici, come l'uso delle unità di misura, la conversione da un'unità all'altra, le abilità di calcolo rapido ed efficace (ad es. l'uso di potenze di 10 per valutare ordini di grandezza molto diversi), ecc. In quest'ottica si distinguono diverse tipologie di verifiche: 1. Le verifiche formative (esercitazioni, compiti di tipo conoscitivo), forniscono un quadro immediato del livello di conoscenze raggiunto e consentiranno di predisporre, eventualmente, opportune forme di recupero, rinforzo o approfondimento. Per questo tipo di verifiche, senza valutazione, ma con eventuale annotazione sul registro elettronico, vengono utilizzate essenzialmente: esercitazioni alla lavagna accompagnate dalla discussione con la classe 5
esercitazioni a gruppi: suddivisa la classe in gruppi eterogenei, vengono proposti esercizi e problemi da risolvere collaborando e discutendo i risultati ottenuti. controllo dell attività svolta a casa. 2. Le verifiche sommative forniscono un quadro di sintesi al termine dell'unità didattica. L'insegnante può scegliere tra prove di diverso tipo e durata, in numero di almeno 3 nel trimestre e almeno 4 nel pentamestre per un totale di almeno 7 durante l'intero anno, in relazione agli obiettivi da raggiungere. La valutazione verrà comunicata entro due settimane dalla data di svolgimento della prova. Per questo tipo di verifica le possibili prove sono: Compiti scritti con esercizi, problemi, quesiti a risposta vero o falso, quesiti a risposta aperta, chiusa, semi aperta Simulazioni della terza prova d esame secondo la tipologia B Interrogazioni orali e/o scritte di taglio teorico Per ogni tipologia di prova, l'insegnante fornisce le griglie di valutazione costruite sulla base dei criteri generali presentati nel Piano dell'offerta Formativa. Prof.ssa Anna Baravalle 6