FIS QUINTE

PERIODO	UNITÀ DIDATTICA	OBIETTIVI
Dal 16 SETTEMBRE al 31 OTTOBRE TOT. 20 ore	UD 1: CAMPO ELETTROSTATICO CAP. 1 - LA CARICA ELETTRICA E LA LEGGE DI COULOMB 1.1 Corpi elettrizzati e loro interazioni. Principio di conservazione della carica elettrica. 1.2 Conduttori e isolanti. 1.3 La polarizzazione dei dielettrici: per deformazione, per orientamento 1.4 L'induzione elettrostatica, pendolino elettrico, elettroforo di Volta 1.5 La legge di Coulomb 1.5.1 Forza di interazione elettrostatica. Confronto con l'interazione gravitazionale 1.5.2 Principio di sovrapposizione. Cariche allineate. 1.5.3 Forza tra due cariche in un dielettrico. Costante dielettrica relativa CAP. 2 - CAMPO ELETTRICO 2.1 Concetto di campo elettrico. Vettore campo elettrico E. 2.2 Campo elettrostatico generato da una carica puntiforme 2.2.1 Rappresentazione del campo 2.2.2 Sovrapposizione dei campi di cariche puntiformi 2.3 Flusso del campo elettrico e il Teorema di Gauss 2.4 Applicazioni del Teorema di Gauss 2.4.1 Cariche su un conduttore in equilibrio elettrostatico 2.4.2 Campo generato da una lastra piana carica e da un condensatore 2.4.3 Campo elettrico generato da un filo carico 2.4.4 Campo elettrico generato da una distribuzione sferica di carica e da una sfera conduttrice 2.5 Energia potenziale elettrica 2.5.1 Lavoro del campo elettrico 2.5.2 Calcolo dell'energia potenziale elettrica 2.5.3 Circuitazione del campo elettrico 2.5.4 Conservazione dell'energia nel campo elettrico 2.6 Potenziale elettrico. 2.7 Campo e potenziale di un conduttore in equilibrio elettrostatico 2.7.1 Potenziale di un conduttore sferico 2.7.2 Equilibrio elettrostatico fra due conduttori 2.7.3 Campo elettrico in prossimità della superficie di un conduttore 2.7.4 Potere dispersivo delle punte 2.8 La capacità di un conduttore 2.9 Condensatori 2.9.1 Capacità di un condensatore 2.9.2 Effetto di un dielettrico sulla capacità di un condensatore 2.9.3 Sistemi di condensatori 2.9.4 Energia immagazzinata in un condensatore carico 2.10 Misura del potenziale elettrico CAP. 8 - LA RELATIVITA' RISTRETTA 8.1 La relatività e il senso comune 8.2 L'esperimento di Michelson e Morley 8.3 Un tentativo di salvare l'etere: le trasformazioni di Lorentz 8.4 I postulati fondamentali della relatività ristretta 8.5 Il matrimonio relativistico fra lo spazio e il tempo STORIA Einstein: un simbolo del potere creativo del pensiero umano 8.6 Il concetto di simultaneità 8.6.1 Simultaneità fra eventi che accadono in luoghi distinti: la sincronizzazione degli orologi 8.6.2 L'ordine cronologico degli eventi percepiti da osservatori in moto relativo 8.7 La dilatazione del tempo 8.8 La contrazione delle lunghezze 8.9 La composizione relativistica delle velocità 8.10 Conseguenze della dilatazione del tempo della contrazione delle lunghezze: il paradosso dei gemelli, i mesoni e la loro vita media, il Gedankenexperimente del garage	Al termine dell'UD l'alunno deve sapere: interpretare i fenomeni di elettrizzazione, analizzare quantitativamente la forza di interazione elettrica applicare la legge di Coulomb nel vuoto e nei dielettrici esporre il concetto di campo elettrico e confrontarlo con quello gravitazionale descrivere le proprietà di un campo conservativo risolvere problemi sul moto di cariche nel campo elettrico esporre il concetto di capacità di un condensatore calcolare la capacità equivalente per un sistema di condensatori esporre i postulati fondamentali della relatività ristretta descrivere il significato relativistico di evento e di simultaneità di eventi applicare le leggi sulla dilatazione dei tempi e sulla contrazione delle lunghezze ricavare la legge di composizione relativistica delle velocità L’alunno è in grado di illustrare i seguenti punti: la fenomenologia dei corpi elettrizzati; in che cosa consiste l'elettrizzazione per strofinio; in che cosa consiste l'elettrizzazione per contatto; come funziona un elettroscopio; il funzionamento del pendolino elettrico; cosa sia un conduttore e un isolante; in che cosa consiste l'induzione elettrostatica; funzionamento del pozzo di Faraday; struttura e funzionamento dell'elettroforo di Volta; interpretazione dei fenomeni di elettrizzazione; come avviene l'attrazione degli isolanti; il principio di conservazione della carica; cosa afferma la legge di Coulomb e sa indicare le sue semplici applicazioni; valore e unità di misura della costante dielettrica del vuoto; definizione della costante dielettrica relativa; interpretazione atomica della polarizzazione dei dielettrici; cosa è un campo elettrico; in quale modo si può identificare un campo elettrico; cosa sia il flusso del campo; l’enunciato del teorema di Gauss e le sue applicazioni; definizione e unità di misura della densità superficiale di carica; come si distribuiscono le cariche sulla superficie dei conduttori; il concetto di energia potenziale elettrica; le relazioni fra circuitazione dei campi e i campi conservativi; il legame fra differenza di potenziale e lavoro nel campo; la densità superficiale di carica e il teorema di Coulomb; il concetto di capacità; la struttura di un condensatore e le caratteristiche che modificano la sua capacità; le caratteristiche di un sistema di condensatori; il lavoro di carica di un condensatore; la densità di energia del campo elettrico; i postulati della relatività ristretta; il problema dell'etere e l'esperimento di Michelson e Morley; la dilatazione del tempo, la contrazione delle lunghezze e le loro conseguenze le figure e il ruolo degli scienziati all'inizio del XX secolo
Dal 3 NOVEMBRE al 19 DICEMBRE TOT. 20 ore	UD 2: CORRENTE ELETTRICA CAP. 3 - CORRENTE ELETTRICA CONTINUA 3.1 La forza elettrica e la forza elettromotrice 3.2 La resistenza elettrica e le leggi di Ohm. Interpretazione microscopica delle leggi di Ohm 3.3 Circuiti elettrici in corrente continua. 3.3.1 La prima legge di Ohm applicata a un circuito chiuso 3.3.2 Forza elettromotrice e differenza di potenziale 3.3.3 Resistenze in serie e in parallelo 3.4 Strumenti di misura e resistori 3.5 Energia e potenza elettrica 3.6 Circuiti RC 3.6.1 Carica di un condensatore 3.6.2 Scarica di un condensatore 3.6.3 Una notevole applicazione del circuito RC: il pace-maker 3.7 L’effetto termoionico 3.7.1 Il diodo 3.7.2 Il triodo 3.7.3 L'oscillografo a raggi catodici 3.8 L’effetto Volta e l'effetto Seebeck STORIA La disputa Galvani-Volta CONDUZIONE NEI LIQUIDI E NEI GAS 3.9 La conduzione elettrica nelle soluzioni elettrolitiche 3.9.1 L'elettrolisi 3.9.2 Generatori di forza elettromotrice 3.10 La conduzione elettrica nei gas 3.10.1 Proprietà della corrente nei gas a pressione normale 3.10.2 Fenomeni luminosi nella scarica a pressione normale 3.10.3 Scarica nei gas rarefatti CAP. 10 - LE ORIGINI DELLA FISICA DEI QUANTI 10.1 La scoperta dell'elettrone e l'inizio della fisica moderna 10.2 I misteriosi raggi X di Rontgen 10.3 La radiazione di corpo nero e i quanti di Planck APPROFONDIMENTO Il "continuo" classico e il "discreto" quantistico 10.4 L'effetto fotoelettrico e la teoria corpuscolare della luce 10.5 L'effetto Compton 10.6 La spettroscopia: un metodo di indagine microscopica: Spettri di emissione e di assorbimento. Spettro dell'atomo di idrogeno 10.7 I primi modelli di atomo: l'atomo di Thomson e quello nucleare di Rutherford 10.8 Quantizzazione dell'atomo nucleare: il modello di Bohr 10.9 I livelli energetici dell'atomo di idrogeno STORIA Rutherford, Bohr e l'atomo nucleare	Al termine dell'UD l'alunno deve sapere: esporre il concetto di corrente elettrica presentare gli elementi dei circuiti elettrici elementari e gli strumenti di misura interpretare l’effetto joule risolvere problemi relativi alle leggi di Ohm descrivere le applicazioni dell’effetto termoionico interpretare le leggi dell’elettrolisi esporre i punti di vista di Galvani e Volta esporre il principio di funzionamento di una pila interpretare la conducibilità elettrica nei liquidi e nei gas descrivere i modelli atomici L’alunno è in grado di illustrare i seguenti punti: cosa è la corrente elettrica; le funzioni degli elementi di un circuito; le caratteristiche di un sistema di resistenze; il funzionamento dell’amperometro e del voltmetro; la relazione fra lavoro effettuato dal generatore e potenza dissipata per effetto Joule; il processo di carica e scarica di un condensatore; la disputa Galvani-Volta la conduzione elettrica nei liquidi; la conduzione elettrica nei gas i modelli atomici :Thomson, Rutherford e Bohr le figure e il ruolo degli scienziati alla fine del XIX secolo
GENNAIO TOT. 10 ore	Ripresa argomenti e completamento programma preventivato. Consolidamento e approfondimento.	Recupero delle nozioni elementari di base per gli alunni in difficoltà Lavoro individuale di consolidamento e approfondimento per gli altri.
Dal 1 FEBBRAIO - al 20 MARZO TOT. 20 ore	UD 3: MAGNETISMO CAP. 4 - CAMPO MAGNETICO 4.1 Campi magnetici generati da magneti e da correnti 4.1.1 Campi magnetici dei magneti 4.1.2 Il campo magnetico terrestre 4.1.3 Campi magnetici delle correnti 4.2 Interazioni magnete-corrente e corrente-corrente 4.3 Il campo di induzione magnetica. Forza magnetica su un conduttore. Levitazione magnetica 4.4 Induzione magnetica di alcuni circuiti percorsi da corrente 4.4.1 Filo rettilineo 4.4.2 Spira circolare 4.5 Il flusso del campo di induzione magnetica 4.6 La circuitazione del campo di induzione magnetica 4.7 Momento torcente di un campo magnetico su una spira percorsa da corrente 4.7.1 Galvanometro a bobina mobile 4.7.2 Motore elettrico a corrente continua 4.8 Il magnetismo nella materia 4.8.1 Momenti magnetici atomici e molecolari 4.8.2 Effetti prodotti da un campo magnetico sulla materia 4.8.3 Campo H e vettore magnetizzazione 4.9 Ferromagnetismo e ciclo d'isteresi CAP. 5 - MOTO DI CARICHE ELETTRICHE 5.1 Il moto di una carica in un campo elettrico. La deflessione degli elettroni nell'oscillografo. Orbita circolare e velocità di fuga in un campo elettrico radiale 5.2 L’esperimento di Millikan e la quantizzazione della carica elettrica 5.3 La forza magnetica sulle cariche in movimento. Forza di Lorentz 5.4 Il moto di una carica elettrica in un campo magnetico. Moto circolare in campo magnetico. Moto elicoidale in campo magnetico. L’aurora boreale e le fasce di Van Allen 5.5 L’esperimento di Thomson 5.6 La scoperta degli isotopi e lo spettrografo di massa 5.7 Acceleratori di particelle 5.7.1 Acceleratori lineari (LINAC) 5.7.2 Ciclotroni e sincrotroni 5.8 L'effetto Hall CAP 14 - LE PARTICELLE ELEMENTARI 14.1 I costituenti ultimi della materia APPROFONDIMENTO Materia-antimateria STORIA Il monopolo magnetico: una delle particelle mancanti 14.2 Le interazioni fondamentali e i "quanti" mediatori 14.3 Le caratteristiche principali e la classificazione delle particelle subatomiche APPROFONDIMENTO La metamorfosi dei neutrini in volo: le particelle fantasma hanno una massa? 14.4 Particelle instabili e risonanze 14.5 Leggi di conservazione e numeri quantici nella fisica delle particelle APPROFONDIMENTO La stabilità del protone 14.6 Il fascino dei quark: La carica frazionaria dei quark. Quark di diverso colore. Il confinamento dei quark 14.7 Il Modello Standard delle particelle e delle forze 14.8 L’LHC e la misteriosa particella di Higgs 14.8 Alle frontiere della grande unificazione	Al termine dell'UD l'alunno deve sapere: interpretare le interazioni tra magneti e tra correnti elettriche esporre il concetto di campo magnetico nel vuoto e nella materia calcolare il vettore induzione magnetica per circuiti elementari dimostrare che un campo magnetico non è conservativo spiegare gli effetti di un campo magnetico sulla materia definire la forza di Lorentz spiegare l'azione del campo magnetico sulle cariche in moto descrivere i principali acceleratori di particelle risolvere problemi sul moto di cariche elettriche in un campo magnetico esporre le caratteristiche delle particelle elementari riferire sullo sforzo conoscitivo e tecnologico della big science descrivere il modello standard L’alunno è in grado di illustrare i seguenti punti: la fenomenologia del magnetismo; il campo magnetico terrestre, l’interazione fra correnti elettriche e campi magnetici; le caratteristiche dei campi magnetici prodotti da correnti elettriche; le proprietà del flusso e della circuitazione dl campo magnetico; il funzionamento del motore elettrico; il ciclo di isteresi; le memorie magnetiche, l’elettrocalamita, il relè elettromagnetico; le caratteristiche del moto di una carica all’interno di campi elettrici sia uniformi che radiali; l’esperimento di Millikan; le grandezze relative alla forza di Lorentz; le traiettorie di cariche in moto nel campo magnetico; la frequenza nel caso del moto circolare uniforme; la struttura delle fasce di Van Allen; il funzionamento del ciclotrone; struttura e funzionamento del separatore di velocità; struttura e funzionamento dello spettrografo di massa; l’effetto Hall e le sue conseguenze; la struttura del modello standard la storia della big science lo stato della ricerca delle particelle elementari le figure e il ruolo degli scienziati nella metà del XX secolo
Dal 22 MARZO al 15 MAGGIO TOT . 20 ore	UD 4: ELETTROMAGNETISMO CAP 6 - INDUZIONE ELETTROMAGNETICA 6.1 Le esperienze di Faraday e le correnti indotte 6.1.1 Conduttori fermi e campi magnetici variabili 6.1.2 Corrente indotta in un conduttore in movimento. Spira in rotazione in un campo magnetico uniforme 6.2 La legge di Faraday-Neumann e la legge di Lenz 6.2.1 Flusso magnetico concatenato con un circuito e corrente indotta 6.2.2 Verso della corrente indotta e conservazione dell'energia. La legge di Lenz e l'estrazione di una spira da un campo magnetico. Le correnti di Foucault 6.3 Induttanza di un circuito e autoinduzione elettromagnetica 6.4 Il circuito RL 6.4.1 Extracorrente di chiusura di un circuito 6.4.2 Extracorrente di apertura di un circuito 4.3 Bilancio energetico in un circuito RL. La densità di energia del campo magnetico di un solenoide MATEMATICA Calcolo differenziale e integrale per l'analisi dei circuiti RL 6.5 La mutua induzione 6.6 Alternatori e dinamo 6.7 Circuiti in corrente alternata. Il valore efficace di una corrente alternata 6.7.1 Circuito induttivo 6.7.2 Circuito capacitivo 6.7.3 Circuito ohmico-induttivo-capacitivo 6.7.4 Potenza assorbita in un circuito in corrente alternata MATEMATICA Analisi dei circuiti in corrente alternata 6.8 Trasformazione delle tensioni alternate e trasporto dell’energia elettrica 6.9 Circuiti elettrici domestici e sicurezza CAP. 7 - EQUAZIONI DI MAXWELL 7.1 Il campo elettrico indotto 7.2 La corrente di spostamento e il campo magnetico 7.3 Le Equazioni di Maxwell. Maxwell e la teoria elettromagnetica 7.4 Le onde elettromagnetiche 7.5 L’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche. La radiazione elettromagnetica solare. Quantità di moto e pressione di radiazione 7.6. Circuiti oscillanti MATEMATICA Analisi di un circuito oscillante 7.7 Produzione e ricezione di onde elettromagnetiche. Hertz e la rivelazione delle onde elettromagnetiche 7.8 Lo spettro elettromagnetico: Onde radio, Microonde e segnali TV, Infrarosso. Ultravioletto	Al termine dell'UD l'alunno deve sapere: ricavare e interpretare la legge di Faraday Neumann Lenz esporre il concetto di induttanza spiegare le caratteristiche delle correnti alternate esporre e interpretare i fenomeni sulle correnti indotte esporre l'unificazione della teoria dell’elettromagnetismo esporre le proprietà delle onde elettromagnetiche L’alunno è in grado di illustrare i seguenti punti: le esperienze di Faraday; il calcolo della forza elettromotrice indotta; l’interpretazione della legge di Lenz; l’autoinduttanza di un circuito; le correnti di Foucault; il bilancio energetico in un circuito RL; l’energia del campo elettrico; la metodologia di produzione di corrente alternata. le caratteristiche del campo elettrico indotto; il paradosso di Ampere; la definizione di corrente di spostamento; le equazioni di Maxwell; la genesi, le proprietà e la classificazione delle onde elettromagnetiche; le figure e il ruolo degli scienziati alla fine XX secolo
dal 17 MAGGIO al 9 GIUGNO TOT. 10 ore	Ripresa argomenti del programma svolto. Consolidamento e approfondimento.	Recupero delle nozioni elementari di base per gli alunni in difficoltà Lavoro individuale di consolidamento e approfondimento per gli altri.