LICEO SCIENTIFICO STATALE "G.B.QUADRI" VICENZA DOCUMENTO DEL CONSIGLIO DI CLASSE (Regolamento, art.5; O. M. 38 art.6) Anno scolastico 2014-2015 RELAZIONE FINALE DEL DOCENTE All. A Classe: 5^ C Indirizzo: SC Materia: FISICA Docente:Prof. Luigi Cariolato PREMESSA La classe 5 sez. C SC, oggetto della presente relazione, ha goduto nel corso del triennio di una piena continuità didattica in Fisica; lo svolgimento dei programmi e il confronto con i contenuti disciplinari previsti dalla recente riforma e contenuti nelle Indicazioni Nazionali sono stati, quindi, omogenei e graduali. Negli ultimi due anni, l'azione didattica continuativa dello stesso docente (il sottoscritto) ha cercato di assicurare la massima efficacia possibile al dialogo educativo; tale dialogo, pur improntato a schiettezza e simpatia umane da entrambe le parti, non è riuscito, comunque, nel triennio, a scalfire alcune cattive abitudini di lavoro acquisite, a ristrutturare o modificare alcune motivazioni e inclinazioni allo studio in Fisica alquanto superficiali o carenti, già segnalate al termine del terzo anno di studio. Allo stato attuale della valutazione, la classe presenta, in ogni caso, un profitto medio più che sufficiente, derivante da un'abbastanza evidente divisione della classe in due parti: una parte maggioritaria composta da alunni più impegnati, diligenti e capaci, che hanno cercato di cogliere il rapporto di reciproco sostegno e stimolo tra fisica e matematica e la reale complessità della disciplina: questi hanno conseguito, secondo le rispettive capacità, una preparazione articolata e un profitto che, in qualche caso, raggiunge livelli ottimi o eccellenti, una seconda parte, comunque consistente, nella quale capacità, non in tutti i casi adeguate, si esprimono in modi e tempi spesso discontinui, legati alla qualità e quantità di uno studio personale poco omogeneo e puntuale e danno origine a un profitto insufficiente, caratterizzato da difficoltà formali e sostanziali sia negli scritti che nelle prove orali. La partecipazione alle lezioni è sempre stata abbastanza corretta nei modi e positiva, talora non troppo concentrata, per cui, non in tutti i casi, ugualmente efficace ai fini di un apprendimento preciso e puntuale. OBIETTIVI RAGGIUNTI DALLA CLASSE La valutazione della classe utilizza la seguente tabella di corrispondenza Meno di 6 insufficiente 6 sufficiente 6-7 discreto 7-8 buono 8-10 ottimo In relazione alla programmazione curricolare sono stati conseguiti i seguenti obiettivi:
1.1. Obiettivi raggiunti relativamente alle conoscenze La classe, partendo da un ripasso sul campo elettrico in condizioni statiche e sui condensatori, ha iniziato con lo studio dei fenomeni di conduzione elettrica e, procedendo attraverso il confronto col campo magnetico in condizioni statiche e/o variabili nel tempo, è arrivata alle equazioni di Maxwell in forma integrale che compendiano tutte le leggi dell elettromagnetismo e allo studio delle onde elettromagnetiche. Ha proceduto affrontando i temi centrali di fisica moderna quali Relatività Ristretta e Generale e Elementi di fisica quantistica; al termine del corso, sulla scia dei problemi di studio e di qualità della preparazione complessiva, cui si è accennato nella premessa, si è dovuto procedere ad una riduzione e dei temi affrontati, rinunciando ad una trattazione completa del nucleo e della sua struttura, a favore di iniziative finali di ripasso e recupero. 1.2. Obiettivi raggiunti relativamente alle competenze La classe, con i limiti riportati nella premessa e, quindi, in modo non omogeneo, è arrivata ad acquisire, le seguenti competenze/capacità previste dalla programmazione iniziale: ripercorrere criticamente la struttura logico-matematica delle teorie studiate, valutare ordini di grandezze, dimensioni e misure, applicare le leggi note a semplici problemi, usare correttamente una terminologia specifica, collocare storicamente le diverse scoperte e induzioni/deduzioni fisiche. 1.3. Obiettivi raggiunti relativamente alle capacità Risulta, negli stessi termini, capace di: organizzare in modo autonomo lo studio di un fenomeno, consultando anche fonti diverse, rendersi conto dei limiti di validità delle leggi studiate, riconoscere che un medesimo schema logico inquadra situazioni fisiche diverse, stabilendo collegamenti. 2. CONTENUTI DISCIPLINARI E TEMPI DI REALIZZAZIONE Argomenti svolti fino al 15 maggio, Periodo mese/i Ripasso 1. Campo elettrico. [SET] - Fenomeni elettrostatici e loro interpretazione. - Principio di conservazione della carica elettrica. - Legge di Coulomb. - Campo elettrico e linee di forza. - Calcolo del campo elettrico di particolari distribuzioni di cariche. - Dipolo in un Campo elettrico. - Flusso del campo elettrico. - Teorema di Gauss e sue applicazioni. - Campo elettrico in un conduttore in equilibrio elettrostatico. - Teorema di Coulomb. Potere dispersivo delle punte. - Lavoro della forza elettrostatica. - Energia potenziale elettrica. - Potenziale elettrico e superficie equipotenziali. - Moto di cariche in un campo elettrico. - Circuitazione del Campo elettrico.
- Calcolo del campo elettrico partendo dal potenziale. - Potenziale elettrico in un conduttore in equilibrio elettrostatioo. - Esperimento di Millikan e carica elementare. 2. Condensatori. - Capacita elettrica di un conduttore. - Condensatore e sua capacita elettrica. - Condensatori in serie e in parallelo. - Dielettrici: polarizzazione e campo all'interno. - Lavoro di carica di un condensatore. - Energia del campo elettrico e pressione elettrostatica. 3. Conduzione elettrica. [SET-OTT] - Corrente nei conduttori metallici. Densità di corrente. - Leggi di Ohm e loro interpretazione atomica. - Superconduttività. - Forza elettromotrice e resistenza interna di un generatore. - Circuiti ohmici. Resistenze in serie e in parallelo. - Leggi di Kirchhoff e principi di conservazione. - Misurazione di correnti, tensioni e resistenze. - Energia e potenza elettrica. Effetto Joule. - Circuiti RC. Derivatore e integratore RC. - Effetti Thomson, Seebeck. - Effetto termoelettronico. Diodo a vuoto e triodo. - Semiconduttori, le bande energetiche. Diodo a giunzione e transistor. 4. Campo magnetico. [NOV] - Magneti e loro interazioni. - Oersted e il campo magnetico delle correnti. - Forza magnetica su una corrente. Campo magnetico B. - l interazione tra correnti. Formula di Ampére. - Legge di Biot-Savart. Leggi di Ampére-Laplace. - Campo magnetico della spira, del solenoide e del toroide. - Circuitazione del campo magnetico. Teorema di Ampere. - Flusso del Campo magnetico. Teorema di Gauss per il magnetismo. - Momento agente su una spira immersa in un campo magnetico. - Amperometro a bobina mobile. - Motore elettrico a corrente continua. - Permeabilità magnetica relativa delle sostanze. - Magnetizzazione della materia M. Campo H e sua relazione con B. - Paramagnetismo e diamagnetismo. - Ferromagnetismo e ciclo d'isteresi. Elettromagnete. - Forza di Lorentz e moto di cariche in un Campo magnetico. - Campo magnetico di una carica in moto. - Campo magnetico terrestre. Fasce di Van Allen. - Scoperta dell'elettrone: esperimento di Thomson. - Effetto Hall. 5. Campo elettromagnetico. [DIC GEN - FEB] - Esperienze sulle correnti indotte. - Legge di Faraday-Henry dell'induzione elettromagnetica. - Equazione di Neumann-Lenz. Legge di Felici. - Legge di Lenz e conservazione dell'energia. - Correnti di Foucault. - Induttanza di un circuito. Autoinduzione. Mutua induzione. - Circuiti RL. Energia intrinseca della corrente. - Energia del campo magnetico. - Circuiti LC: oscillazioni libere e smorzate. - Produzione di corrente alternata. Alternatore e dinamo. - Corrente alternata e valori efficaci. Circuiti RLC. - Potenza nei circuiti a corrente alternata.
- Trasformatore statico e trasporto dell'energia elettrica. - Circuitazione del campo elettrico indotto. - Corrente di spostamento e circuitazione del Campo magnetico. - Equazioni di Maxwell. - Onde elettromagnetiche ed equazioni di Maxwell. - Flusso di energia e vettore di Poynting. - Pressione di radiazione: energia e quantità di moto. - Hertz e la rivelazione delle onde elettromagnetiche. - Onde elettromagnetiche e circuiti oscillanti aperti. - Spettro elettromagnetico. - Acceleratori di particelle : ciclotrone, sincrotrone, betatrone. Relatività ristretta. [APR] - Principio di relatività classica; trasformazioni di Galileo. - Ipotesi dell'etere; etere stagnante ed etere trascinato. ' - Esperimento di Michelson e Morley. - Postulato di costanza della velocita della luce. - Contrazione di Fitzgerald e teoria di Lorentz. - Principio di relatività ristretta. - Critica al concerto di simultaneità. - Trasformazioni di Lorentz; composizione delle velocità. - Dilatazione dei tempi. Paradosso dei gemelli e decadimento dei pioni. - Contrazione delle lunghezze. - Invarianza dell'intervallo spazio-temporale. - Diagrammi di Minkowski. Causalità tra due eventi. - Urto elastico relativistico e massa relativistica. - Quantità di moto, forza ed energia relativistiche. - Campo elettromagnetico e principio di relatività. Relatività generale. [APR] - Il Principio di equivalenza, - La gravità e la curvatura del cronotopo. Verifiche sperimentali, - Cenni matematici alla geometria delle superficie e al theorema egregium. 8. Quanti e atomo. [MAR - APR] - Spettro del corpo nero ed ipotesi dei quanti di Planck. - Effetto fotoelettrico ed ipotesi dei fotoni di Einstein. - Effetto Compton. - Raggi X: produzione e spettro caratteristico, legge di Moseley. - Spettroscopia; spettro dell'atomo di idrogeno. - Modelli atomici di Thomson e di Rutherford. - Quantizzazione di Bohr e atomo di idrogeno. - Quantizzazione di Sommerfeld del momento angolare. - Spin dell'elettrone. - Principio di esclusione di Pauli. - Onde materiali di De Broglie. Diffrazione degli elettroni. - Funzione d'onda e densità di probabilità. - Principi di complementarità e di indeterminazione - Funzionamento del LASER. Argomenti che saranno trattati prima della fine delle lezioni 9. Nucleo e particelle. [MAG-GIU] - Radioattività naturale. Natura dei raggi α,β e γ. - Esperimento di Rutherford e nucleo atomico. - Isotopi. Parabole di Thomson. Spettrografia di massa.
- Leggi dello spostamento e del decadimento radioattivo. - Scoperta del protone e del neutrone. - Difetto di massa ed energia di legame dei nuclei. - Teoria dell'interazione forte. Muone e pione. Decadimenti - Teoria del decadimento β e neutrino. Interazione debole. Ore di lezione effettivamente svolte dal docente durante l anno, alla data attuale: 78 circa Firma degli studenti rappresentanti di classe 3. METODOLOGIE Il corso di fisica si è articolato in lezioni frontali, in cui ho cercato costantemente di abbinare ad una descrizione sperimentale del fenomeno, l interpretazione dello stesso nell ambito di una adeguata teoria fisico-matematica. Su tutti gli argomenti del programma, ho proposto e risolto con gli alunni alcuni semplici problemi, più articolati relativamente ai campi elettrico e magnetico, meno relativamente ai temi finali, più complessi, in cui ho privilegiato l aspetto teorico. In merito al recupero, ho praticato in itinere iniziative di ripasso e di ripetizione di alcuni temi, in base anche alle richieste degli allievi, soprattutto nella parte finale dell anno scolastico. 4. MATERIALI DIDATTICI Si sono usati i seguenti testi:, FISICA! Le regole del gioco 2 di Antonio Caforio e Aldo Ferilli, Ed. LE MONNIER (testo in adozione), FISICA! Le regole del gioco 3 di Antonio Caforio e Aldo Ferilli, Ed. LE MONNIER (testo in adozione), FONDAMENTI DI FISICA Elettromagnetismo di Halliday, Resnick, Walker, Ed. ZANICHELLI (testo consigliato), FONDAMENTI DI FISICA Fisica moderna di Halliday, Resnick, Walker, Ed. ZANICHELLI (testo consigliato), Appunti dell insegnante e delle relative lezioni. Nel presente anno scolastico le lezioni si sono avvalse poco dell uso del laboratorio di fisica della scuola per difficoltà di tempo a disposizione dovute alle molte ore di lezione perse, però è risultato comunque possibile, al termine dell'a.s. precedente, affrontare dal punto di vista sperimentale i primi fenomeni di elettrostatica e le macchine elettrostatiche, conoscere e studiare il funzionamento dell oscilloscopio a raggi catodici e, infine, usare lo stesso per analizzare i processi di carica e scarica di un condensatore. Si è fatto ricorso in qualche occasione a simulazioni in CABRI II+ e in FLASH delle fenomenologie affrontate. 5. ATTIVITA DI VERIFICA Per la valutazione si è ricorso a interrogazioni orali, a prove scritte con domande a risposta aperta e semplici problemi di applicazione, ai risultati di una simulazione di terza prova, alla sollecitazione di interventi dal posto su questioni varie emergenti dalle lezioni, applicando i criteri riportati nella programmazione di Dipartimento. A disposizione della commissione sono depositati presso il coordinatore di classe i seguenti esempi delle prove e delle verifiche effettuate: domande della simulazione di terza prova del 25/2/2015 con relativa griglia di correzione e
risultato medio. 6. ATTIVITA DI RECUPERO Le attività di recupero si sono articolate in: ripresa degli argomenti con tutta la classe con le stesse modalità, attività specifiche per alcuni studenti, controllo del lavoro a casa. 7. CRITERI DI VALUTAZIONE I criteri di valutazione usati hanno fatto riferimento a: partecipazione, impegno, disponibilità ad apprendere, progressi ottenuti, conoscenze competenze e capacità acquisite. Firma del docente: Prof. Luigi Cariolato Vicenza, 15 maggio 2015