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1) Richiami di argomenti sulle cariche elettriche e sui campi elettrici
Osservare e identificare fenomeni.
Osservare alcuni fenomeni di attrazione elettrica.
I materiali mostrano differente attitudine a trasferire cariche elettriche
Definire la forza elettrica.
Definire i materiali isolanti e conduttori.
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.
Creare piccoli esperimenti per studiare l’interazione elettrica tra corpi e i diversi metodi di elettrizzazione.
Analizzare la forza totale esercitata da una distribuzione di cariche su una carica Q.
Mettere a confronto la forza elettrica e la forza gravitazionale.
Utilizzare il teorema di Gauss per calcolare i campi elettrici generati da diverse distribuzioni di carica.
Indicare le caratteristiche della forza elettrica.
Esporre il principio di sovrapposizione.
Da cosa dipende la forza di Coulomb nella materia?
Definire la densità lineare e la densità superficiale di carica.
Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi.
Descrivere il modello microscopico.
Introdurre il concetto di campo elettrico.
Discutere l’equivalenza tra il teorema di Gauss e la legge di Coulomb.
Esporre la quantizzazione della carica.
Indicare le caratteristiche del campo elettrico.
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Formulare la legge di Coulomb.
Rappresentare graficamente il campo elettrico.
Introdurre il concetto di flusso di un campo vettoriale ed estenderlo al campo elettrico.
Analizzare la legge di Coulomb.
Calcolare il valore del campo elettrico nel vuoto e nella materia.
Formulare il teorema di Gauss.2) Richiami di argomenti sul potenziale elettrico
Osservare e identificare fenomeni.
Due conduttori vicini e isolati l’uno dall’altro danno vita a un condensatore.
Definire e calcolare la capacità di condensatori piani.
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.
Dalla conservatività della forza di Coulomb all’energia potenziale elettrica.
Analizzare un sistema di cariche e definire il potenziale elettrico (caratteristico di quel sistema di cariche).
Definire le superfici equipotenziali.
Analizzare la relazione tra campo elettrico e potenziale.
Analizzare le modifiche che avvengono in un conduttore isolato nel processo di carica.
Definire il condensatore elettrico.
Determinare l’energia potenziale elettrica di due cariche puntiformi.
Esprimere il potenziale elettrico di una carica puntiforme.
Definire la circuitazione del campo elettrico.
Definire e calcolare la capacità di un conduttore.
Calcolare il campo elettrico all’interno di un condensatore piano e l’energia in esso immagazzinata
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione
Mettere in relazione l’energia potenziale elettrica e il lavoro svolto dalla forza di Coulomb.
Analizzare le proprietà elettrostatiche di un conduttore.
Analizzare i collegamenti tra condensatori
Calcolare il campo elettrico e il potenziale elettrico generati da una distribuzione nota di cariche.
Calcolare le capacità equivalenti dei diversi collegamenti tra condensatori.3) Richiami di argomenti sui circuiti in corrente continua
Osservare e identificare fenomeni.
Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi.
La corrente del Golfo, il vento e la corrente elettrica.
Analogia tra un generatore di tensione e una pompa “generatore di dislivello”.
Definire l’intensità di corrente elettrica.
Definire la forza elettromotrice di un generatore.
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.
Cosa serve per mantenere una corrente all’interno di un conduttore? Creare piccoli esperimenti per analizzare la relazione tra differenza di potenziale e intensità di corrente elettrica.
Analizzare e risolvere i circuiti elettrici con resistori.
Analizzare l’effetto del passaggio di corrente sui conduttori.
Definire il generatore ideale di corrente continua.
Definire la resistenza elettrica.
Discutere i possibili collegamenti dei resistori e calcolare le resistenze equivalenti.
Enunciare l’effetto Joule e definire la potenza elettrica.
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Formulare le leggi di Ohm.
Come si procede per la risoluzione di circuiti con n correnti incognite?
Definire la resistività dei materiali.
Formalizzare, e applicare correttamente, le leggi di Kirchhoff.4) Richiami di argomenti sulla corrente elettrica nella materia
Formulare ipotesi esplicative utilizzando modelli, analogie e leggi.
Discutere la conduzione elettrica nei metalli alla luce di un semplice modello microscopico.
Esprimere le leggi di Ohm sulla base del modello microscopico proposto e ricavare le espressioni relative alla resistenza e alla resistività.
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.
Analizzare il comportamento di conduttori e dielettrici immersi in un campo elettrico esterno. Creare piccoli esperimenti per valutare la conducibilità, o meno, dei liquidi.
I gas conducono l’elettricità?
Discutere le caratteristiche atomiche e molecolari dei dielettrici.
Definire la rigidità dielettrica.
Formulare le leggi dell’elettrolisi di Faraday.
Descrivere l’effetto valanga.
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Analizzare i processi di carica e scarica di un condensatore.
Formulare considerazioni energetiche relative ai processi di carica e scarica dei condensatori.
Calcolare l’andamento nel tempo delle grandezze coinvolte nel processo di scarica di un condensatore.
Osservare e identificare i fenomeni.
Osservare e descrivere la formazione dei fulmini.5) Il campo magnetico
Osservare e identificare fenomeni.
Una calamita è in grado di attirare piccoli pezzi di ferro e due calamite possono attrarsi o respingersi.
Analizzare i fenomeni magnetici utilizzando un ago magnetico.
Un campo magnetico esercita una forza su una carica in moto.
Un filo percorso da corrente genera un campo magnetico.
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.
L’interazione tra due magneti avviene anche senza contatto.
Analizzare l’andamento del campo magnetico ricorrendo a piccoli esperimenti con la limatura di ferro.
Costruire una procedura operativa per definire l’intensità del campo magnetico.
Definire le caratteristiche della forza che agisce su una carica in moto all’interno di un campo magnetico.
Perché un conduttore percorso da corrente immerso in un campo magnetico risente dell’azione di una forza?
Analizzare i campi magnetici generati da correnti elettriche.
Analizzare il momento torcente su una spira e su una bobina.
Evidenziare le proprietà del campo magnetico attraverso la sua circuitazione e il flusso del campo stesso.
Analizzare e descrivere le proprietà magnetiche della materia.
Descrivere l’attrazione, o la repulsione, tra i poli di due calamite.
Definire il campo magnetico.
Descrivere il moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme.
Descrivere l’interazione tra conduttori percorsi da corrente.
Enunciare il teorema di Ampère.
Enunciare il teorema di Gauss per il campo magnetico.
Descrivere il ciclo di isteresi magnetica.
Descrivere il funzionamento di un elettromagnete.
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione
Formulare matematicamente le relazioni esistenti tra il campo magnetico, la forza di Lorentz, la velocità della carica in moto e l’intensità di corrente nel conduttore.
Formalizzare l’espressione del campo magnetico al centro di una spira, di una bobina e all’interno del solenoide.
Calcolare il raggio della traiettoria circolare descritta da una carica in moto in un campo magnetico uniforme.
Calcolare la forza magnetica su un filo percorso da corrente e le forze tra conduttori percorsi da corrente.6) L’induzione elettromagnetica
Osservare e identificare fenomeni.
Se una corrente continua genera un campo magnetico, un campo magnetico può generare una corrente elettrica?
Osservare e analizzare la relazione fra corrente e campo magnetico.
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.
Istruire alcuni esperimenti per verificare in quali condizioni un campo magnetico può generare una corrente elettrica.
In un conduttore in movimento all’interno di un campo magnetico si genera una forza elettromotrice.
Mettere in relazione la variazione di flusso magnetico e la fem indotta.
Analizzare il fenomeno delle correnti parassite.Anche la variazione della corrente in un circuito fa variare il flusso totale del campo magnetico.
Descrivere un circuito RL in corrente continua e calcolare l’energia immagazzinata in un induttore.Come funziona un alternatore? E cosa genera?
Analizzare i trasferimenti di potenza nei circuiti in corrente alternata.
Analizzare il funzionamento di un trasformatore
Definire la forza elettromotrice indotta e indicarne le caratteristiche.
Definire e descrivere la fem cinetica.
Formulare la legge di Faraday-Neumann-Lenz.
Definire l’autoinduzione e l’induttanza.
Esprimere l’andamento nel tempo della corrente in un circuito RL in corrente continua.
Descrivere i circuiti ohmici, capacitivi e induttivi in corrente alternata.
Discutere il circuito RLC serie.
Definire i valori efficaci della corrente alternata e della forza elettromotrice alternata.
Calcolare la potenza assorbita da un circuito RLC serie.Definire il rapporto di trasformazione e metterlo in relazione al rapporto tra le tensioni dei circuiti primario e secondario.
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Formulare le espressioni matematiche relative all’andamento della corrente e della tensione nei circuiti in corrente continua e alternata.
Applicare le relazioni matematiche appropriate alla soluzione dei singoli problemi proposti.7) Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche
Osservare e identificare fenomeni.
La presenza di campi variabili nel tempo vanifica la simmetria di struttura nelle equazioni dei campi elettrici e magnetici.
Spiegare le cause dell’introduzione della corrente di spostamento.
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.
Interpretare la legge di Faraday-Neumann in termini di circuitazione del campo elettrico indotto.
La fenomenologia dei fenomeni elettromagnetici viene riassunta dalle equazioni di Maxwell.
Analizzare la generazione, emissione e ricezione delle onde elettromagnetiche.
Le onde elettromagnetiche trasportano l’energia fornita dalla sorgente.
Analizzare il fenomeno della polarizzazione di un’onda elettromagnetica
Mettere a confronto il campo elettrostatico e il campo elettrico indotto.
Descrivere la natura e le proprietà fondamentali delle onde elettromagnetiche.
Formulare le equazioni di Maxwell.Interpretare la natura elettromagnetica della luce.
Calcolare l’irradiamento di un’onda elettromagnetica.
Descrivere la polarizzazione per assorbimento (legge di Malus) e per riflessione.8) La relatività ristretta
Osservare e identificare fenomeni.
La relatività del moto per Galileo ed Einstein.
Identificare i sistemi di riferimento inerziali e non inerziali.
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.
L’esperimento di Michelson-Morley mette in discussione l’esistenza di un etere in quiete.
Analizzare le conseguenze dei postulati di Einstein: la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze. Determinare la legge relativistica della composizione delle velocità.
Analizzare l’effetto Doppler per la luce.
Discutere l’equivalenza massa-energia.
Formulare i principi alla base della teoria della relatività.
Trasformare in termini relativistici le espressioni matematiche della quantità di moto e dell’energia.
Perché il fotone ha massa nulla?
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Formalizzare le trasformazioni di Lorentz.
Saper calcolare in casi semplici spazio e tempo in diversi sistemi di riferimento. 9) Oltre la fisica classica
Osservare e identificare fenomeni.
Ogni elemento presenta uno spettro proprio.
Ogni corpo emette radiazione per effetto della sua temperatura.
Una lastra metallica colpita da radiazione ultravioletta emette elettroni.
Descrivere lo spettro a righe e lo spettro continuo.
Definire l’effetto fotoelettrico e presentare la spiegazione data da Einstein.
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.
Uno spettroscopio permette di studiare la composizione spettrale della luce emessa da una sorgente.
Analizzare lo spettro dell’idrogeno.
Definire il corpo nero e analizzare l’andamento della distribuzione di intensità spettrale in funzione di lunghezza d’onda e temperatura assoluta.L’inadeguatezza della fisica classica a spiegare il fenomeno dell’emissione termica da parte della materia porta Planck a formulare l’ipotesi della quantizzazione dell’energia.
Un esperimento condotto da Compton mette in evidenza lo scambio di quantità di moto tra fotoni e materia. Analizzare l’esperimento di Rutherford.
Una sintesi tra fisica classica e ipotesi quantistiche porta Bohr a formulare una ipotesi sul modello atomico.
Distinguere i tipi di spettro.
Formulare le leggi di Stefan-Boltzmann e di Wien.
Formulare la legge di Planck.
Descrivere formalmente e matematicamente l’effetto Compton.
Ragionare sulla struttura della materia.
Descrivere le orbite e i livelli energetici dell’atomo di idrogeno.
Rappresentare con un diagramma dei livelli energetici le energie che può assumere un elettrone in un atomo.
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Formulare le espressioni matematiche per il calcolo del raggio e dell’energia dell’orbita n-esima dell’atomo di idrogeno
Calcolare in casi semplici il raggio e l’energia dell’orbita n-esima dell’atomo di idrogeno.10) Meccanica quantistica
Osservare e identificare fenomeni.
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.
Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua risoluzione.
Analizzare l’esperimento delle due fenditure con la luce e trarne le conseguenze sperimentali.
La materia manifesta un dualismo ondulatoriocorpuscolare.Anche la diffrazione delle particelle conferma il dualismo della materia.
L’esperimento delle due fenditure con particelle porta allo sviluppo della meccanica quantistica.
Analizzare gli stati di un sistema e le loro proprietà misurabili.
Analizzare il modello atomico alla luce delle nuove teorie.
Quali meccanismi descrivono l’emissione, o l’assorbimento, di un fotone da parte di un atomo?
Esporre l’ipotesi di de Broglie e definire la lunghezza d’onda di de Broglie.
Formulare il principio di indeterminazione di Heisenberg.
Discutere l’evoluzione dinamica di un sistema e gli effetti della misurazione di una grandezza fisica.
Descrivere lo stato stazionario di un elettrone all’interno di un atomo mediante i numeri quantici.Definire lo spin e formulare il principio di esclusione di Pauli.
Descrivere il principio di funzionamento di un laser.
Scegliere e applicare le relazioni appropriate alla risoluzione dei singoli problemi.
Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui si vive.
Analizzare i processi ottici nei materiali, in particolare metalli e isolanti, e interpretare fenomeni quali la riflessione, la luminescenza e la trasmissione.
Discutere alcuni dispositivi della vita reale alla luce dei meccanismi individuati.11) Fisica nucleare
Osservare e identificare fenomeni.
Gli esperimenti di Rutherford sulla diffusione delle particelle alfa evidenziano l’esistenza del nucleo.
Analizzare l’evidenza sperimentale dell’esistenza del nucleo.
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.
A cosa si deve la stabilità dei nuclei? I nuclei instabili possono decadere emettendo una o più particelle.
Analizzare il fenomeno della radioattività e discutere i decadimenti alfa, beta e gamma.
Analizzare i fenomeni della fusione e della fissione nucleare.
Indicare i componenti del nucleo e definire numero atomico e numero di massa.
Descrivere la forza nucleare e l’energia di legame dei nuclei.
Formulare la legge del decadimento radioattivo.
Riconoscere il particolare decadimento dall’analisi dello spettro energetico.
Scegliere e applicare le relazioni appropriate alla risoluzione dei singoli problemi.
Comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui si vive.
Discutere le problematiche relative alle reazioni di fusione e fissione nucleare.
Discutere le problematiche relative all’utilizzo di energia nucleare.
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