Scarica - Liceo Statale Galileo Galilei

|LICEO SCIENTIFICO G. GALILEI
ANNO SCOLASTICO 2014/2015
PERCORSO FORMATIVO PREVENTIVO
DOCENTE
Flaim Agnese
DISCIPLINA
Fisica
CLASSE 4^ E
Argomenti
Le leggi
dei gas
ideali
e la teoria
cinetica
La
termodinamica
OBIETTIVI
Conoscenze
 L’unità di massa atomica e la massa molecolare.
 La mole.
 Il numero di moli.
 Il numero di Avogadro.
 La massa per mole e la massa di una particella.
 Il gas perfetto e la temperatura assoluta.
 L’equazione di stato di un gas perfetto.
 La costante di Boltzmann.
 Gas reali e gas perfetti.
 La legge di Boyle.
 Le leggi di Gay-Lussac.
 La distribuzione delle velocità molecolari.
 La teoria cinetica dei gas.
 La velocità quadratica media.
Abilità
 Calcolare i valori di mole, massa
molecolare di una sostanza e massa di una
particella.
 Il numero di Avogadro.
 Saper utilizzare l’equazione di stato dei
gas.
 Applicare la legge di Boyle e le leggi di
Gay-Lussac.
 Interpretare la pressione esercitata da un
gas in funzione degli urti tra le molecole
del gas e le pareti del contenitore.
 Mettere in relazione la temperatura
assoluta e l’energia cinetica media delle
molecole di un gas.
 Calcolare la velocità quadratica media
delle molecole e analizzare la
distribuzione delle velocità.
 Concetto di sistema termodinamico.
 Stato di un sistema.
 L’equilibrio termico.
 Il principio zero della termodinamica.
 Il primo principio della termodinamica e il suo
significato.
 I segni convenzionali
di Q e L.
 L’energia interna.
 Le trasformazioni termodinamiche.
 Il lavoro termodinamico.
 Il lavoro compiuto nelle trasformazioni isoterme,
adiabatiche, isobare e isocore di un gas perfetto.
 I calori specifici di un gas perfetto.
 Il concetto di macchina termica.
 Il rendimento di una macchina termica.
 Il secondo principio della termodinamica.
 Enunciati di Kelvin e di Clausius del secondo
principio.
 Le trasformazioni reversibili.
 Il teorema di Carnot.
 La macchina di Carnot e il suo rendimento.
 Il principio di funzionamento e il coefficiente di
prestazione
di frigoriferi, condizionatori e pompe di calore.
 L’entropia di un sistema termodinamico.
 Il secondo principio della termodinamica
in termini di entropia.
 L’energia non utilizzabile.
 Entropia e disordine.
 Il terzo principio della termodinamica.
 Applicare il primo principio della
termodinamica alle trasformazioni quasistatiche.
 Calcolare il lavoro svolto nelle
trasformazioni termodinamiche.
 Distinguere tra i calori specifici, a
pressione e a volume costante, di un gas e
saperli calcolare.
 Calcolare il rendimento di una macchina
termica.
 Riconoscere l’equivalenza dei diversi
enunciati del secondo principio.
 Calcolare il coefficiente
di prestazione di macchine frigorifere,
condizionatori e pompe di calore.
 Calcolare la variazione di entropia nelle
trasformazioni termodinamiche.
Forze
elettriche
e campi
elettrici
Energia
potenziale
elettrica
e
potenziale
elettrico
 L’origine dell’elettricità.
 La carica elementare.
 La quantizzazione della carica.
 La conservazione della carica elettrica.
 I materiali conduttori e gli isolanti.
 I metodi di elettrizzazione.
 La polarizzazione.
 La forza tra cariche puntiformi.
 La legge di Coulomb.
 La costante dielettrica del vuoto.
 Il principio di sovrapposizione.
 Il concetto di campo elettrico e la sua definizione.
 La sovrapposizione di campi elettrici.
 Il campo elettrico generato da una carica puntiforme.
 Il condensatore piano.
 Il campo elettrico all’interno di un condensatore
piano.
 L’esperimento di Millikan.
 Le linee di forza del campo elettrico.
 Il campo elettrico all’interno di un conduttore.
 Il flusso del campo elettrico.
 Il vettore area.
 Il teorema di Gauss.
 Lavoro ed energia potenziale elettrica.
 Conservatività della forza elettrica.
 Energia potenziale di due cariche puntiformi e di un
sistema di cariche.
 Il potenziale elettrico e la sua unità di misura.
 La differenza di potenziale elettrico.
 L’elettronvolt.
 La differenza di potenziale creata da cariche
puntiformi.
 Il potenziale elettrico di un sistema di cariche.
 Le superfici equipotenziali.
 Il lavoro su una superficie equipotenziale.
 Il legame tra potenziale e campo elettrico.
 La circuitazione di un campo vettoriale e di un campo
elettrico.
 I condensatori e la loro capacità.
 Carica sulle armature di un condensatore.
 La costante dielettrica relativa e la forza di Coulomb
nella materia.
 Capacità di un condensatore a facce piane
e parallele.
 L’energia immagazzinata nei condensatori.
 L’esperimento di Thomson.
 La densità di energia.
 Applicazioni biomediche della differenza di potenziale
elettrico: la conduzione di segnali elettrici nei neuroni,
la fisica dei segnali nervosi, tecniche diagnostiche.
 Interpretare l’origine dell’elettricità
a livello microscopico.
 Saper distinguere i metodi di
elettrizzazione.
 Saper mettere a confronto elettrizzazione
e polarizzazione.
 Realizzare il parallelo con la legge di
gravitazione universale.
 Determinare la forza che agisce tra corpi
carichi, applicando la legge di Coulomb
e il principio di sovrapposizione.
 Definire il campo elettrico, applicando
anche il principio di sovrapposizione.
 Rappresentare e interpretare un
campoelettrico attraverso le linee di
forza.
 Utilizzare il teorema di Gauss per
calcolare il campo elettrico in alcune
situazioni.
 Confrontare l’energia potenziale elettrica
e meccanica.
 Calcolare il potenziale elettrico
determinato da una o più cariche.
 Individuare il movimento delle cariche in
funzione del valore del potenziale.
 Applicare al campo elettrico il significato
della circuitazione di un campo
vettoriale.
 Conoscere il ruolo della materia nel
determinare la forza di Coulomb.
 Calcolare la capacità di un condensatore
a facce piane e parallele.
 Calcolare l’energia immagazzinata
in un condensatore.
 Descrivere l’esperimento di Thomson
per la misura del rapporto e/m
dell’elettrone.
Circuiti
elettrici
 I generatori di tensione.
 La forza elettromotrice e la corrente elettrica.
 L’ampere.
 Il circuito elettrico.
 Corrente continua, alternata e corrente convenzionale.
 La prima legge di Ohm.
 La resistenza elettrica e l’ohm.
 Seconda legge di Ohm e resistività.
 Dipendenza della resistività e della resistenza dalla
temperatura.
 La potenza elettrica.
 La potenza dissipata su un resistore.
 Connessioni in serie e in parallelo.
 La resistenza equivalente per resistenze connesse in
serie e in parallelo.
 La resistenza interna e la tensione effettiva.
 Le leggi di Kirchhoff.
 Strumenti di misura di corrente e differenza
di potenziale.
 La capacità equivalente di condensatori connessi in
serie e in parallelo.
 I circuiti RC.
 Carica e scarica di un condensatore.
 Sostanze elettrolitiche ed elettrolisi.
 Le leggi di Faraday.
 L’equivalente chimico.
 Effetti fisiologici della corrente elettrica e sicurezza.
 Distinguere tra verso reale e verso
convenzionale della corrente.
 Applicare le due leggi di Ohm nella
risoluzione dei circuiti elettrici.
 Calcolare la potenza dissipata su un
resistore.
 Distinguere le connessioni dei conduttori
in serie da quelle in parallelo.
 Calcolare la resistenza equivalente di
resistori connessi in serie e in parallelo.
 Applicare le leggi dei nodi e delle maglie
nella risoluzione dei circuiti.
 Riconoscere le caratteristiche degli
strumenti
di misura.
 Calcolare la capacità equivalente di
condensatori connessi in serie e in
parallelo.
 Descrivere il processo di carica e scarica
di un condensatore.
 Applicare le leggi di Faraday per
calcolare la massa liberata in un processo
elettrolitico.
 Calcolare l’equivalente chimico.
 Saper valutare gli effetti fisiologici del
passaggio di corrente nel corpo umano.
Interazioni
magnetiche
e campi
magnetici
 I magneti.
 Caratteristiche del campo magnetico.
 Il campo magnetico terrestre.
 La forza di Lorentz.
 La regola della mano destra.
 La definizione operativa di campo magnetico.
 Il moto di una carica in un campo elettrico
e in un campo magnetico.
 Il selettore di velocità.
 Lo spettrometro di massa.
 La forza magnetica su un filo percorso
da corrente.
 Il momento torcente su una spira percorsa
da corrente.
 Il motore elettrico.
 Il campo magnetico generato da un filo percorso da
corrente.
 La seconda regola della mano destra.
 La legge di Biot-Savart.
 Forze magnetiche tra fili percorsi da corrente.
 Le definizioni operative di ampere e coulomb.
 Il campo magnetico generato da una spira percorsa da
corrente.
 Il solenoide.
 La risonanza magnetica.
 Il tubo a raggi catodici.
 Il flusso del campo magnetico.
 Il teorema di Gauss.
 La circuitazione del campo magnetico.
 Il teorema di Ampère.
 I materiali magnetici.
 La temperatura
di Curie.
 Il magnetismo indotto e alcuni suoi utilizzi.
 Saper mettere a confronto campo
magnetico e campo elettrico.
 Rappresentare le linee di forza del campo
magnetico.
 Determinare intensità, direzione e verso
della forza di Lorentz.
 Descrivere il moto di una particella
carica all’interno di un campo
magnetico.
 Calcolare la forza magnetica su un filo
percorso da corrente, tra fili percorsi da
corrente e il momento torcente su una
spira percorsa da corrente.
 Descrivere il funzionamento di un
motore elettrico.
 Determinare tutte le caratteristiche del
campo vettoriale generato da fili, spire e
solenoidi percorsi da corrente.
 Calcolare la circuitazione di un campo
magnetico con il teorema di Ampère.
 Interpretare
a livello microscopico le differenze tra i
diversi materiali magnetici.
Induzione
elettromagnetica
Le
equazioni
di Maxwell
e le onde
elettromagnetiche
 La forza elettromagnetica indotta e le correnti indotte.
 La forza elettromagnetica indotta in un conduttore in
moto.
 La legge
di Faraday-Neumann.
 La legge di Lenz.
 Le correnti parassite.
 La mutua induzione e l’autoinduzione.
 L’induttanza.
 L’energia immagazzinata
in un solenoide.
 Densità di energia del campo magnetico.
 L’alternatore.
 La corrente alternata.
 Valori efficaci in corrente alternata.
 I circuiti, resistivo, capacitivo e induttivo, in corrente
alternata.
 La reattanza capacitiva e induttiva.
 Lo sfasamento tra corrente e tensione in un
condensatore e in un induttore.
 I circuiti RLC in corrente alternata.
 L’impedenza.
 La risonanza nei circuiti elettrici.
 Il trasformatore.
 Rapporto tra le correnti nel circuito primario
e in quello secondario.
 I dispositivi a semi-conduttore.
 Semiconduttori
di tipo n e p.
 Il campo elettrico indotto.
 La corrente di spostamento.
 Le equazioni di Maxwell del campo elettromagnetico.
 Generazione, propagazione e ricezione
delle onde elettromagnetiche.
 Lo spettro elettromagnetico.
 L’energia trasportata
da un’onda elettromagnetica.
 Relazione tra campo elettrico e campo magnetico.
 L’irradiamento.
 L’effetto Doppler.
 La polarizzazione delle onde elettromagnetiche.
 I materiali polarizzatori.
 La legge di Malus.
 Ricavare la legge
di Faraday-Neumann.
 Interpretare la legge di Lenz in funzione
del principio di conservazione
dell’energia.
 Calcolare l’induttanza di un solenoide e
l’energia in esso immagazzinata.
 Calcolare i valori delle grandezze
elettriche efficaci.
 Risolvere circuiti semplici in corrente
alternata.
 Calcolare lo sfasamento tra corrente
e tensione.
 Analizzare e risolvere i circuiti RLC in
corrente alternata.
 Confrontare risonanza meccanica
e risonanza elettrica.
 Collegare il campo elettrico indotto e il
campo magnetico variabile.
 Descrivere i meccanismi di generazione,
propagazione e ricezione delle onde
elettromagnetiche.
 Distinguere le varie parti dello spettro
elettromagnetico.
 Calcolare la densità di energia di
un’onda elettromagnetica e
l’irradiamento
da essa prodotto.
 Applicare l’effetto Doppler alle onde
elettromagnetiche.
 Comprendere il concetto di polarizzazione
delle onde elettromagnetiche.
 Applicare la legge
di Malus.
1 Metodi di insegnamento
L’approccio ai vari argomenti è in generale “per problemi” e prevede uno sviluppo curriculare a
spirale. Le lezioni si svolgeranno nella forma di lezione teorica (30%), attività di verifica e di
rinforzo (20%), discussione e sistemazione dei lavori di gruppo svolti in laboratorio (15%) attività
di laboratorio sia di Fisica (35%). L’attività di recupero individuale sarà svolta in itinere all’interno
delle ore curriculari e con un lavoro a casa mirato.
2 Mezzi di insegnamento
In generale rimane predominante l’uso del libro di testo e della sperimentazione diretta in
laboratorio di Fisica. Tuttavia quando sarà possibile si utilizzeranno filmati, articoli o brevi saggi a
carattere tematico. Il laboratorio di fisica sarà utilizzato per esperienze eseguite dagli alunni.
3 Criteri e strumenti di valutazione
Le prove scritte, almeno due per quadrimestre, saranno diversificate e potranno comprendere una o
più delle seguenti modalità: problemi la cui soluzione prevede l’utilizzo di abilità cognitive di alto
livello, quesiti teorici a risposta aperta sia contingentata sia libera, quesiti a risposta multipla,
relazioni su lavori di approfondimento individuale, relazioni sull’attività di laboratorio. La durata
delle prove sarà di un’ora. La valutazione è ottenuta con un procedimento a due fasi:
a) l’attribuzione di un punteggio sulla base di una tabella analitica delle soluzioni degli esercizi
proposti che tiene conto essenzialmente delle difficoltà cognitive e della tipologia degli errori;
b) l’attribuzione del voto sulla base di una analisi statistica dei punteggi che cerca di evidenziare i
risultati individuali relativamente ai risultati medi della classe.
In caso di accertate scorrettezze durante i compiti in classe, l’insegnante si riserva di ritirare
la prova e di assegnare il voto minimo previsto indipendentemente dal contenuto svolto.
Per quanto riguarda la verifica orale, nel numero minimo di due prove per quadrimestre, si
utilizzeranno varie forme di comunicazione: la classica interrogazione con domande sia teoriche che
di risoluzione di esercizi alla lavagna, l’esposizione breve da parte dell’alunno di approfondimenti
individuali, gli interventi spontanei dal posto. La valutazione farà riferimento agli aspetti linguistici,
logici e semantici della prova. Inoltre sarà valutata alla fine del quadrimestre la partecipazione e
l’impegno nei casi in cui si discosti positivamente o negativamente dalla media. Tale valutazione
influirà sul voto orale quando previsto. La valutazione quadrimestrale e finale, lungi dall’essere una
media aritmetica delle valutazioni parziali, terrà conto in maniera ponderale delle varie risultanze,
dell’impegno e della partecipazione nonché del processo di apprendimento nel suo divenire. In
generale, quando la valutazione prevede voti distinti per lo scritto e l’orale, questi verranno
utilizzati per valutare distintamente le abilità più prettamente di calcolo ed intuitive (scritto) da
quelle di tipo logico-deduttive ed espositive (orale).
4 Obiettivi
Alla fine dell’anno scolastico gli allievi dovranno essere in grado di:
 analizzare un fenomeno o un problema individuando gli elementi significativi, le relazioni, i dati
superflui, quelli mancanti e collegando le premesse alle conseguenze;
 eseguire in modo corretto i misure con chiara consapevolezza delle operazioni effettuate e degli
strumenti utilizzati;
 raccogliere, ordinare e rappresentare i dati ricavati, valutando gli ordini di grandezza e le
approssimazioni, mettendo in evidenza l'incertezza associata alla misura;
 esaminare dati e ricavare informazioni significative da tabelle, grafici ed altra documentazione;
 risolvere gli esercizi ed i problemi associati ad ogni argomento e saper valutare in maniera
critica i risultati;
 porsi problemi, prospettare soluzioni e modelli.
Dolo, 31/10/2014
L’insegnante
Flaim Agnese