Contenuto principale

Sei qui: Home Documenti Aree Dipartimenti Dipartimento Matematica e Fisica Programmazione fisica quinta 2015/15


Programmazione fisica quinta 2015/15

  • Stampa
Dettagli
Creato Domenica, 25 Ottobre 2015 09:27
Visite: 1526

download il documento originale

Lo studio della Fisica deve concorrere alla formazione dell’allievo per la maturazione del ragionamento e dell’analisi critica oggettiva, e deve:

  • evidenziare il carattere unitario della scienza e il ruolo fondamentale della fisica;

  • sviluppare capacità deduttive, di formalizzazione e di astrazione a livelli sempre più elevati;

  • sviluppare atteggiamenti di curiosità e di ricerca rispetto alla realtà naturale e di riflessione delle proprie esperienze.

Obiettivi

L’insegnamento della Fisica si propone di fornire all’alunno strumenti per:

  • individuare la natura dei fenomeni osservati;

  • acquisire la precisione del linguaggio scientifico;

  • saper individuare l’evolversi di situazioni reali;

  • osservare ed identificare fenomeni;

  • saper descrivere, risolvere e rappresentare problemi scegliendo il Modello matematico pertinente;

  • conoscere i principali momenti della storia della Fisica.

In riferimento alle indicazioni nazionali per il quinto anno del liceo scientifico, 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.

Competenze

L’insegnamento della Fisica si propone di fornire all’alunno strumenti per:

  • Consolidare la padronanza del linguaggio scientifico.

  • Approfondire il significato di modello fisico di una situazione reale

  • Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli

  • Raccogliere e analizzare in modo critico dati valutando l’affidabilità di un processo di misura

  • Costruire e/o validare modelli

  • Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione

  • Interiorizzare il metodo di indagine specifico della fisica e delle scienze; nei suoi aspetti sperimentali, teorici e linguistici.

  • Collocare le principali scoperte scientifiche ed invenzioni tecniche nel loro contesto storico e sociale.

  • Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive

MODULO Uno

Il campo elettromagnetico

TEMPO: entro novembre

U. A. 1 – Induzione elettromagnetica

CONOSCENZE

ABILITA’

  • Forza elettromagnetica indotta e correnti indotte

  • La legge di Faraday-Neumann e la legge di Lenz

  • Autoinduzione e mutua induzione

  • Energia e densità di energia del campo magnetico

  • Circuiti in corrente alternata

  • Definire il fenomeno dell’induzione elettromagnetica e identificare le variabili rilevanti

  • Formulare e dimostrare la legge di Faraday Neumann

  • Formulare la legge di Lenz

  • Analizzare i fenomeni di autoinduzione e di mutua induzione

  • Rappresentare circuiti in corrente alternata e discuterne il bilancio energetico

  • Determinare valori efficaci della corrente e della d.d.p di circuiti in corrente alternata

U. A. 2 – Equazioni di Maxwell e onde elettromagnetiche

CONOSCENZE

ABILITA’

  • Corrente di spostamento e campo elettrico indotto

  • Equazioni di Maxwell per campi non statici.

  • Onde elettromagnetiche

  • Lo spettro elettromagnetico.

  • Comprendere la possibilità di creare un campo magnetico da un campo elettrico variabile

  • Esporre e discutere le equazioni di Maxwell nel caso statico e nel caso generale

  • Comprendere la natura unitaria del campo elettromagnetico.

  • Riconoscere nelle equazioni di Maxwell un modello matematico atto a descrivere il campo elettromagnetico

  • Descrivere le caratteristiche fondamentali delle onde elettromagnetiche e analizzarne la propagazione.

MODULO Due

Fisica Moderna

TEMPO: entro aprile

U. A. 1 – La relatività ristretta

CONOSCENZE

ABILITA’

  • Il problema della velocità della luce e la contraddizione tra meccanica ed elettromagnetismo

  • L’esperimento di Michelson- Morley

  • Gli assiomi della teoria della relatività ristretta

  • Le trasformazioni di Lorentz

  • La contrazione delle lunghezze e la dilatazione dei tempi

  • L’invariante relativistico spazio-temporale

  • La composizione delle velocità

  • Equivalenza tra massa ed energia

  • L’invariante relativistico energia-quantità di moto

  • Descrivere e discutere l’esperimento di Michelson-Morley.

  • Formulare gli assiomi della relatività ristretta

  • Comprendere il significato delle trasformazioni di Lorentz e saperle applicare.

  • Comprendere quali implicazioni possono avere i principi relativistici sui concetti di passato, presente, futuro e sul principio di causa ed effetto.

  • Comprendere il significato degli invarianti relativistici

  • Formulare le espressioni dell’energia totale, della massa e della quantità di moto in meccanica relativistica.

  • Comprendere le implicazioni dei principi relativistici sui concetti di massa, quantità di moto, forza ed energia

  • Analizzare la composizione delle velocità alla luce della teoria della relatività

  • Comprendere il significato della relazione tra massa ed energia stabilito dai principi relativistici e le sue possibili implicazioni tecnologiche

U. A. 2 – La crisi della fisica classica

CONOSCENZE

ABILITA’

  • La radiazione di corpo nero e l’ipotesi di Planck

  • Effetto fotoelettrico e l’ipotesi di Einstein.

  • Effetto Compton

  • Il modello di Bohr dell’atomo d’idrogeno

  • L’esperimento di Franck ed Hertz

  • Comprendere i limiti della fisica classica dinanzi all’evidenza di nuovi risultati sperimentali

  • Conoscere la legge di Wien

  • Formulare e spiegare l’ipotesi di Planck

  • Comprendere l’ipotesi di Einstein per la spiegazione delle proprietà dell’effetto fotoelettrico

  • Conoscere e illustrare il modello di Bohr per l’atomo d’idrogeno

  • Confrontare il modello planetario e il modello di Bohr

U. A. 3 – La meccanica quantistica

CONOSCENZE

ABILITA’

  • La lunghezza d’onda di De Broglie e la natura ondulatoria della materia

  • I principio di indeterminazione di Heisenberg

  • L’equazione di Schrodinger (cenni)

  • Il principio di sovrapposizione e le sue implicazioni (cenni)

  • L’atomo d’idrogeno secondo la meccanica quantistica: i numeri quantici degli elettroni atomici e il principio di esclusione di Pauli

  • Il laser

  • Illustrare il dualismo onda-corpuscolo e formulare la relazione di de Broglie.

  • Comprendere il significato del principio di indeterminazione di Heisenberg nelle sue due formulazioni

  • Comprendere il significato dell’ipotesi di De Broglie

  • Cogliere il duplice aspetto ondulatorio e corpuscolare delle particelle

  • Comprendere il significato di ampiezza di probabilità

  • Comprendere la natura intrinsecamente probabilistica della descrizione quantistica della materia

  • Identificare i numeri quantici che determinano l’orbita ellittica e la sua orientazione

  • Descrivere il funzionamento del laser

  • Discutere i limiti di applicabilità della fisica classica e moderna

U. A. 4 – Fisica nucleare

CONOSCENZE

ABILITA’

  • La struttura del nucleo

  • Interazione forte e stabilità del nucleo

  • La radioattività naturale

  • Decadimento radioattivo

  • Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti

  • Fissione e fusione nucleare

  • 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

  • Conoscere e valutare gli effetti biologici delle radiazioni

Nel mese di maggio verrà, inoltre, svolto un terzo modulo, a scelta dell’insegnante, su una delle seguenti tematiche, di interesse attuale, suggerite dalle indicazioni nazionali per il quinto anno del Liceo Scientifico:

  • astrofisica e cosmologia;

  • fisica delle particelle;

  • energia nucleare;

  • semiconduttori;

  • micro- e nano-tecnologie.