FISICA_ MURDACA

Istituto Statale d'Istruzione Superiore R.FORESI
LICEO CLASSICO – LICEO SCIENTIFICO – LICEO SCIENZE UMANE “FORESI”
ISTITUTO PROFESSIONALE PER L’INDUSTRIA E L’ARTIGIANATO “BRIGNETTI”
ISTITUTO ALBERGHIERO E DELLA RISTORAZIONE “BRIGNETTI”
INDIRIZZO LICEO SCIENTIFICO
PROGRAMMAZIONE DISCIPLINARE PER COMPETENZE
Docente
BEATRICE MURDACA
Materia
FISICA
Classe
5
Sezione
A.S.
A
2015 / 2016
Via Carlo Bini, 4 – 57037 PORTOFERRAIO (LI) Segreteria: tel. 0565/ 915036 - fax 0565/ 930374
e-mail:[email protected] Sito Internet www.isis-foresi.it
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Indicazioni Ministeriali:
COMPETENZE:
“… osservare e identificare fenomeni; formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e
leggi; formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti
per la sua risoluzione; fare esperienza e rendere ragione del significato dei vari aspetti del metodo
sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali,
scelta delle variabili significative, raccolta e analisi critica dei dati e dell'affidabilità di un processo
di misura, costruzione e/o validazione di modelli; comprendere e valutare le scelte scientifiche e
tecnologiche che interessano la società in cui vive. …”
OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO (QUINTO ANNO)
“…Lo studente completerà lo studio dell’elettromagnetismo con l’induzione magnetica e le sue
applicazioni, per giungere, privilegiando gli aspetti concettuali, alla sintesi costituita dalle equazioni
di Maxwell. Lo studente affronterà anche lo studio delle onde elettromagnetiche, della loro
produzione e propagazione, dei loro effetti e delle loro applicazioni nelle varie bande di frequenza.
Il percorso didattico comprenderà le conoscenze sviluppate nel XX secolo relative al microcosmo e
al macrocosmo, accostando le problematiche che storicamente hanno portato ai nuovi concetti di
spazio e tempo, massa ed energia. L’insegnante dovrà prestare attenzione a utilizzare un formalismo
matematico accessibile agli studenti, ponendo sempre in evidenza i concetti fondanti.
Lo studio della teoria della relatività ristretta di Einstein porterà lo studente a confrontarsi con la
simultaneità degli eventi, la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze; l’aver affrontato
l’equivalenza massa-energia gli permetterà di sviluppare un’interpretazione energetica dei fenomeni
nucleari (radioattività, fissione, fusione).
L’affermarsi del modello del quanto di luce potrà essere introdotto attraverso lo studio della
radiazione termica e dell’ipotesi di Planck (affrontati anche solo in modo qualitativo), e sarà
sviluppato da un lato con lo studio dell’effetto fotoelettrico e della sua interpretazione da parte di
Einstein, e dall’altro lato con la discussione delle teorie e dei risultati sperimentali che evidenziano
la presenza di livelli energetici discreti nell’atomo. L’evidenza sperimentale della natura ondulatoria
della materia, postulata da De Broglie, ed il principio di indeterminazione potrebbero concludere il
percorso in modo significativo.
La dimensione sperimentale potrà essere ulteriormente approfondita con attività da svolgersi non
solo nel laboratorio didattico della scuola, ma anche presso laboratori di Università ed enti di
ricerca, aderendo anche a progetti di orientamento.
In quest’ambito, lo studente potrà approfondire tematiche di suo interesse, accostandosi alle
scoperte più recenti della fisica (per esempio nel campo dell’astrofisica e della cosmologia, o nel
campo della fisica delle particelle) o approfondendo i rapporti tra scienza e tecnologia (per esempio
la tematica dell’energia nucleare, per acquisire i termini scientifici utili ad accostare criticamente il
dibattito attuale, o dei semiconduttori, per comprendere le tecnologie più attuali anche in relazione a
ricadute sul problema delle risorse energetiche, o delle micro- e nano- tecnologie per lo sviluppo di
nuovi materiali). …”
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MODULO 1: Induzione elettromagnetica
Periodo: Settembre-Ottobre
COMPETENZE
• Osservare e identificare fenomeni.
• Fare esperienza e rendere ragione dei vari aspetti del metodo sperimentale,dove l’esperimento è
inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative,
raccolta e analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o
validazione di modelli.
• Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti
per la sua risoluzione.
• Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui
vive.
CONOSCENZE
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La corrente indotta.
La legge di Faraday-Neumann.
La legge di Lenz.
L’autoinduzione e la mutua induzione.
Energia e densità di energia del campo magnetico.
L’alternatore.
Gli elementi circuitali fondamentali in corrente alternata.
I circuiti in corrente alternata.
Il linac e il ciclotrone.
ABILITA'
Definire il fenomeno dell’induzione elettromagnetica.
Formulare e dimostrare la legge di Faraday-Neumann.
Formulare la legge di Lenz.
Definire le correnti di Foucault.
Definire i coefficienti di auto e mutua induzione.
Individuare i valori efficaci di corrente alternata e tensione alternata.
Risolvere i circuiti in corrente alternata.
Utilizzare le relazioni matematiche individuate per risolvere i problemi relativi a ogni singola
situazione descritta.
• Discutere l’impiego e l’utilizzo di acceleratori lineari e del ciclotrone.
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MODULO 2: Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche
Periodo: Novembre-Gennaio
COMPETENZE
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• Osservare e identificare fenomeni.
• Fare esperienza e rendere ragione dei vari aspetti del metodo sperimentale,dove l’esperimento è
inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative,
raccolta e analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o
validazione di modelli.
• Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti
per la sua risoluzione.
• Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui
vive.
CONOSCENZE
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Il campo elettrico indotto.
Le equazioni di Maxwell e il campo elettromagnetico.
Le onde elettromagnetiche.
Il principio di Huygens e la riflessione della luce.
La rifrazione della luce.
La dispersione della luce.
La riflessione totale e l’angolo limite.
Le onde elettromagnetiche piane.
La polarizzazione della luce.
Lo spettro elettromagnetico.
Le onde radio e le microonde.
Le radiazioni infrarosse, visibili e ultraviolette.
I raggi X e i raggi gamma.
ABILITA'
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Esporre il concetto di campo elettrico indotto.
Capire se si può definire un potenziale elettrico per il campo elettrico indotto.
Individuare cosa rappresenta la corrente di spostamento.
Esporre e discute le equazioni di Maxwell nel caso statico e nel caso generale.
Definire le caratteristiche di un’onda elettro-magnetica e analizzarne la propagazione.
Definire il profilo spaziale di un’onda elettromagnetica piana.
Descrivere il fenomeno della polarizzazione e enunciare la legge di Malus.
Enunciare il principio di Huygens e dimostrare la validità delle leggi della riflessione e della
rifrazione secondo il modello ondulatorio della luce.
• Mettere a confronto il fenomeno della dispersione della luce secondo Newton e secondo
Maxwell.
• Affrontare correttamente la soluzione dei problemi, anche solo teorici, proposti.
• Descrivere l’utilizzo delle onde elettromagnetiche nel campo delle trasmissioni radio, televisive
e nel settore della telefonia mobile.
MODULO 3: La relatività dello spazio e del tempo
Periodo: Gennaio
COMPETENZE
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• Osservare e identificare fenomeni.
• Fare esperienza e rendere ragione dei vari aspetti del metodo sperimentale,dove l’esperimento è
inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative,
raccolta e analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o
validazione di modelli.
• Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti
per la sua risoluzione.
• Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui
vive.
CONOSCENZE
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Il valore numerico della velocità della luce.
L’esperimento di Michelson-Morley.
Gli assiomi della teoria della relatività ristretta.
La relatività della simultaneità.
La dilatazione dei tempi.
La contrazione delle lunghezze.
Le trasformazioni di Lorentz.
ABILITA'
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Descrivere e discutere l’esperimento di Michelson-Morley.
Formulare gli assiomi della relatività ristretta.
Spiegare perché la durata di un fenomeno non è la stessa in tutti i sistemi di riferimento.
Introdurre il concetto di intervallo di tempo proprio.
Descrivere la contrazione delle lunghezze e definire la lunghezza propria.
Riformulare le trasformazioni di Lorentz alla luce della teoria della relatività.
Capire in che modo le teorie sulla relatività hanno influenzato il mondo scientifico.
MODULO 4: La relatività ristretta
Periodo: Gennaio-Febbraio
COMPETENZE
• Osservare e identificare fenomeni.
• Fare esperienza e rendere ragione dei vari aspetti del metodo sperimentale,dove l’esperimento è
inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative,
raccolta e analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o
validazione di modelli.
• Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui
vive.
CONOSCENZE
Via Carlo Bini, 4 – 57037 PORTOFERRAIO (LI) Segreteria: tel. 0565/ 915036 - fax 0565/ 930374
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L’intervallo invariante.
Lo spazio-tempo.
La composizione delle velocità.
L’equivalenza tra massa e energia.
Energia totale, massa e quantità di moto in dinamica relativistica.
L’effetto Doppler relativistico.
ABILITA'
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Definire la lunghezza invariante.
Definire l’intervallo invariante tra due eventi e discutere il segno di Δσ2.
Discutere la forma dell’intervallo invariante per i diversi spazi geometrici.
Dimostrare la composizione delle velocità.
Formulare e discutere le espressioni dell’energia totale, della massa e della quantità di moto in
meccanica relativistica.
• Definire il quadri-vettore energia-quantità di moto.
• Indagare perché l’effetto Doppler per la luce può dimostrare che le galassie si allontanano dalla
Via Lattea.
• Descrivere, sulla base dell’annichilazione di due particelle con emissione di energia, il
funzionamento e l’importanza di esami diagnostici, quali la PET.
MODULO 5: La crisi della fisica classica
Periodo: Aprile
COMPETENZE
• Osservare e identificare fenomeni.
• Fare esperienza e rendere ragione dei vari aspetti del metodo sperimentale,dove l’esperimento è
inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative,
raccolta e analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o
validazione di modelli.
• Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi.
CONOSCENZE
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Il corpo nero e l’ipotesi di Planck.
L’effetto fotoelettrico.
La quantizzazione della luce secondo Einstein.
L’effetto Compton.
Lo spettro dell’atomo di idrogeno.
L’esperienza di Rutherford.
L’esperimento di Millikan.
Il modello di Bohr.
I livelli energetici di un elettrone nell’atomo di idrogeno.
L’esperimento di Franck e Hertz.
ABILITA'
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• Illustrare la legge di Wien.
• Illustrare l’ipotesi di Planck dei “pacchetti di energia” e come, secondo Einstein si spiegano le
proprietà dell’effetto fotoelettrico.
• Descrivere matematicamente l’energia dei quanti del campo elettromagnetico.
• Calcolare l’energia totale di un elettrone in un atomo di idrogeno.
• Esprimere e calcolare i livelli energetici di un elettrone nell’atomo di idrogeno.
• Definire l’energia di legame di un elettrone.
• Giustificare lo spettro dell’atomo di idrogeno con il modello di Bohr.
• Analizzare l’esperimento di Rutherford.
• Descrivere la tavola periodica degli elementi.
MODULO 6: La fisica quantistica. La fisica nucleare. La fisica oggi
Periodo: Aprile-Giugno
COMPETENZE
• Osservare e identificare fenomeni.
• Fare esperienza e rendere ragione dei vari aspetti del metodo sperimentale,dove l’esperimento è
inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, scelta delle variabili significative,
raccolta e analisi critica dei dati e dell’affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o
validazione di modelli.
• Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui
vive.
• Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi.
CONOSCENZE
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Le proprietà ondulatorie della materia.
Il principio di indeterminaizone.
Le onde di probabilità.
L’ampiezza di probabilità e il principio di Heisenberg.
Il principio di sovrapposizione.
Stabilità degli atomi e orbitali atomici.
Orbite ellittiche in un campo magnetico.
I numeri quantici degli elettroni atomici.
Gli atomi con molti elettroni.
I fermioni e i bosoni.
Il laser.
Le bande di energia nei soldi.
I nuclei degli atomi.
Le forze nucleari e l’energia di legame dei nuclei.
La radioattività.
La legge del decadimento radioattivo.
L’interazione debole.
La fissione e la fusione nucleare.
Il positrone e il muone.
I neutrini.
Le forze elettromagnetica e forte.
Tre forze e tre famiglie di particelle.
La forza debole neutra e la forza gravitazionale.
Il modello Standard.
ABILITA'
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• Illustrare il dualismo onda-corpuscolo e formulare la relazione di de Broglie.
• Identificare le particelle che seguono la distribuzione statistica di Bose-Einstein e quelle che
seguono la distribuzione statistica di Fermi-Dirac.
• Illustrare le due forme del principio di indeterminazione di Heisenberg.
• Enunciare e discutere il principio di sovrapposizione delle funzioni d’onda.
• Discutere sulla stabilità degli atomi.
• Introdurre lo spin dell’elettrone.
• Identificare i numeri quantici che determinano l’orbita ellittica e la sua orientazione.
• Descrivere il laser.
• Discutere il legame covalente degli elettroni dell’atomo di idrogeno e estenderne le
considerazioni al caso dei solidi.
• Definire la banda di valenza e la banda di conduzione.
• Discutere i limiti di applicabilità della fisica classica e moderna.
• Discutere il paradosso di Schrodinger.
• Individuare le particelle del nucleo e le loro caratteristiche.
• Descrivere le caratteristiche della forza nucleare.
• Mettere in relazione il difetto di massa e l’energia di legame del nucleo.
• Descrivere il fenomeno della radioattività.
• Descrivere i diversi tipi di decadimento radioattivo.
• Formulare la legge del decadimento radioattivo.
• Definire l’interazione debole.
• Descrivere il funzionamento delle centrali nucleari e dei reattori a fusione nucleare.
• Discutere rischi e benefici della produzione di energia nucleare.
• Descrivere a grandi linee le particelle nucleari e le loro proprietà.
• Definire le forze elettromagnetica e forte.
• Individuare i tre tipi di forze e le tre famiglie di particelle-materia.
• Inquadrare nel modello standard la disposizione delle particelle fondamentali.
STRUMENTI DIDATTICI
•Lezione partecipata
•Lezione frontale
•Video ed esperimenti
VERIFICHE
•Sommative: scritte e orale
•Formative
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GRIGLIE DI VALUTAZIONE
PROVA ORALE
Giudizio
Voto
Conoscenze molto scarse. Presenza di serie lacune contenutistiche.
Mancanza di comprensione delle richieste. Mancata applicazione dei
concetti e delle procedure o presenza di errori estremamente gravi. Lessico
inadeguato . Neppur guidato l’alunno sa orientarsi.
3
Conoscenze lacunose o estremamente superficiali. Impostazione errata
degli esercizi o con errori diffusi. Svolgimenti incompleti. Incoerenza nelle
argomentazioni. Esposizione impropria e confusa.
4
Conoscenze incerte, parziali o settoriali. Incompleta risoluzione degli
esercizi. Esposizione imprecisa. Ridotta padronanza del linguaggio
specifico.
5
Conoscenze fondamentali. Risoluzione corretta superiore al 60% delle
richieste per le prove con valutazione a punteggio. Trattazione completa di
alcune delle richieste. Assenza di errori particolarmente gravi. Esposizione
semplice, ma sostanzialmente ordinata.
6
Conoscenze fondamentali. Risoluzione corretta superiore al 60% delle
richieste per le prove con valutazione a punteggio. Trattazione completa di
alcune delle richieste. Assenza di errori particolarmente gravi. Esposizione
semplice, ma sostanzialmente ordinata.
7
Comprensione puntuale e conoscenza sicura dei contenuti. Individuazione
di strategie opportune per la risoluzione degli esercizi . Esposizione efficace
ed accurata. Possesso della simbologia specifica e degli strumenti della
disciplina.
8
Preparazione ampia ed approfondita. Utilizzo sicuro delle conoscenze.
Rielaborazione dei contenuti con apporti personali. Esposizione
rigorosa,ricca, articolata.
9
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PROVA SCRITTA
• Ogni prova scritta sarà costituita da esercizi e in alcuni casi da quesiti teorici.
• Ad ogni esercizio, prima dell’inizio della prova, verrà assegnato un punteggio massimo.
• La valutazione complessiva della prova si otterrà sommando 2 ai punteggi dei singoli
esercizi.
• Il voto finale si otterrà approssimando la somma ottenuta n
• a Parte_intera_di(n) + 0.5 nel caso in cui la parte decimale di n sia compresa tra 1
e 5;
• a Parte_intera_di(n)+1 nel caso in cui la parte decimale di n sia compresa tra 6 e 9.
• Il voto massimo sarà 9.
• Il voto 10 non verrà assegnato nella singola prova ma potrà essere attribuito come voto
finale (scrutinio) in presenza dei seguenti requisiti:
• votazione ottima in tutte le singole prove;
• costanza nell'interesse per la disciplina;
• costanza nella partecipazione costruttiva all'attività didattica.
• Il voto 1 sarà riservato a chi sarà sorpreso a svolgere la prova in maniera fraudolenta
(plagio, consultazione non autorizzata di testi o altro materiale, comunicazione non
autorizzata con altre persone, utilizzo del cellulare o calcolatrici non autorizzate).
Valutazione del singolo esercizio:
CASO
Valore percentuale
Esercizio svolto correttamente e
completamente.
100%
Errore lieve (errore da non pregiudicare il
successivo svolgimento dell’esercizio).
-10%
Errore di segno o di calcolo.
-20%
Esercizio svolto correttamente ma in
maniera parziale.
-20%
Errore tale da non pregiudicare del tutto lo
svolgimento (es. errore nella procedura di
calcolo, applicazione di una formula non
del tutto corretta).
-40%
Esercizio incompleto con errori gravi.
-60%
Esercizio svolto in maniera
concettualmente errata.
0 / 20%
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