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Istituto di Istruzione Superiore “XXV APRILE”Pontedera

Anno scolastico 2013-2014

Programmazione di Matematica e Fisica Triennio del Liceo Scientifico

Intenti generaliFinalità di insegnamento. L’insegnamento della matematica e della fisica, nel triennio del Liceo Scientifico, amplia e prosegue quel processo di preparazione culturale e di promozione umana dei giovani che è iniziato nel biennio. Particolare attenzione sarà rivolta al programma delle classi terze che a partire da questo anno scolastico affronteranno lo studio delle materie secondo il nuovo ordinamento. Lo studio delle due discipline è comunque teso a favorire:

Il consolidamento del possesso delle più significative costruzioni concettuali;

L’esercizio ad interpretare, descrivere e rappresentare fenomeni osservati;

L’attitudine a riesaminare criticamente e a sistemare logicamente quanto viene via via conosciuto e appreso;

La consapevolezza che, in una società permeata di scienza e di tecnologia, una formazione scientifica è indispensabile per le scelte che ogni cittadino è chiamato a compiere nella vita democratica.

Obiettivi di apprendimento. Il programma della riforma mira ad inserire in un processo di maggiore astrazione e formalizzazione le competenze raggiunte dagli allievi alla fine del biennio. Partendo dalle abilità e conoscenze conseguite nel corso del biennio si potrà procedere alla revisione di alcuni concetti che non potevano essere compiutamente acquisiti a causa della giovane età. Sarà poi possibile affrontare argomenti generali e di più elevata complessità.Alla fine del triennio l’allievo dovrà dimostrare di:

Saper individuare i concetti fondamentali e le strutture di base che unificano le varie branche della matematica;

Aver assimilato il metodo deduttivo; Aver rilevato il valore dei procedimenti induttivi e la loro portata nella

risoluzione dei problemi reali; Saper utilizzare criticamente le informazioni; Saper elaborare informazioni ed utilizzare consapevolmente metodi di

calcolo e semplici strumenti informatici; Saper comunicare in modo chiaro e sintetico, che utilizzi il linguaggio

specifico della disciplina, le procedure seguite nelle proprie indagini, i risultati raggiunti e il loro significato;

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e, per quanto riguarda la fisica,Saper esaminare dati e ricavare informazioni significative da tabelle,

grafici ed altra documentazione;Saper formulare ipotesi di interpretazione dei fenomeni osservati, dedurre

conseguenze e proporre verifiche sperimentali;Saper valutare l’attendibilità dei risultati di laboratorio e riconoscere

l’ambito di validità delle leggi scientifiche;Aver acquisito un corpo organico di contenuti e metodi finalizzati ad una

adeguata interpretazione della natura.

Fasce di valutazioneA causa della sua complessità, la valutazione non può essere compiutamente espressa tramite un voto numerico. Possono essere misurate con sufficiente credibilità solo la conoscenza delle nozioni di base e la competenza su problematiche circoscritte all’ambito della immediata applicazione di queste nozioni; oltre a ciò, la prassi corrente di valutazione non dispone di criteri razionali unificati. Considerato che, più obiettiva vorrà essere la valutazione, più preponderante sarà la verifica delle competenze formali a scapito della significatività, una graduazione del giudizio positivo orientata in tal senso distinguerà tra:

Conoscenza, ovvero semplice ed essenziale mnemonica ripetizione di nozioni e di procedimenti (dimostrativi o risolutori) standard

Competenza, ovvero consapevole riorganizzazione della materia studiata

Capacità di sintesi, ovvero di pensiero relativo, vista come capacità di risolvere autonomamente problemi sostanzialmente nuovi e come abilità nel saper esprimere motivati e non scontati giudizi personali.

Precisato poi che nelle prove scritte si porrà particolare attenzione agli aspetti progettuali e della giustificazione logica delle varie fasi del processo di risoluzione, la valutazione sarà dunque espressa da:

Sufficiente (6) se lo studente possiede una conoscenza di base degli argomenti trattati e risolve in modo sostanzialmente corretto i quesiti proposti, anche se con qualche residuo di meccanicità e in modo non del tutto autonomo, mostrandosi capace di scegliere procedimenti adeguati;

Discreto (7) se l’apparato delle competenze è pressoché completo e si rilevano intuizione, capacità di analisi e di sintesi;

Buono (8) se inoltre le abilità risultano sicure e si evidenziano capacità critiche e rielaborative;

Ottimo (9-10) se lo studente dimostra, oltre ad organicità e chiarezza espositiva, assoluta coerenza e piena autonomia nell’affrontare le problematiche più varie;

Insufficiente (5) se le conoscenze di base non sono del tutto assimilate, rilevandosi difficoltà di analisi e necessità di guida da parte dell’insegnante ed evidenziandosi scorrettezza e/o confusione di espressione;

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Gravemente insufficiente (3-4) se lo studente dimostra uno scarso interesse per la materia, presenta gravi lacune nella preparazione di base, non comprende correttamente il testo di un quesito o fraintende le domande che gli vengono fatte, denota gravi difficoltà nell’affrontare i quesiti proposti che non è in grado di elaborare se non in modo frammentario, non è in possesso di un’adeguata proprietà di linguaggio, è aggravato da un disorientamento generale di tipo logico e/o metodologico, ha difficoltà nella manualità e nel ricavare informazioni utili da qualunque tipo di documentazione e/o (per la fisica) nel cogliere il nesso tra teoria e pratica di laboratorio.

VerificheLa gestione delle ore di attività in classe si articola nella spiegazione (trasmissione di conoscenze), nella costruzione di un metodo di lavoro (affidata alla risoluzione dei problemi, alle attività di gruppo, alla revisione del lavoro domestico, all’esame delle problematiche emerse dalla lettura del manuale, alla stesura di relazioni o tesine, ecc..), nelle attività di laboratorio e nella verifica del profilo individuale.Interrogazione orale: momento importante dell’attività in classe, anche per gli alunni non direttamente coinvolti, non va figurata come veicolo di trasmissione e/o costruzione di conoscenze. Va vista piuttosto come agile colloquio da risolversi nell’arco di una decina di minuti su una breve dimostrazione, un chiarimento su come affrontare un particolare passaggio nello svolgimento di un problema ecc.. Oltre alla verifica delle capacità di ragionamento, l’interrogazione orale consente di valutare i progressi raggiunti nella chiarezza e nelle proprietà di espressioni degli allievi.Compiti scritti: assegnati al ritmo indicativo di uno al mese, costituiscono il momento fondamentale della verifica dell’apprendimento e dell’efficacia delle strategie didattiche messe in atto. Possono essere articolati sia sotto forma di problemi ed esercizi di tipo tradizionale, sia sotto forma di test non limitati ad una automatica applicazione di formule ed orientati all’analisi critica. Possono anche consistere in brevi relazioni su argomenti proposti dal docente. In certi casi potrà essere consentito l’uso di sussidi didattici come le calcolatrici o i manuali. Nei casi in cui gli insuccessi siano numerosi la verifica, dopo un breve ripasso dei contenuti, verrà ripetuta per consentire il recupero.Quesiti tipologia A e/o B: per consentire un graduale approccio alla terza prova dell’esame di stato, saranno somministrate periodicamente prove delle varie tipologie previste dalla normativa a partire dalla terza classe. Tali prove saranno valutate principalmente, ma non esclusivamente, per l’orale.

Integrazione e recuperoSi suggerisce di potenziare gli interventi ordinari, inseriti a pieno titolo e stabilmente nell’attività educativa e didattica del docente, attraverso la sospensione momentanea del programma. Nei casi in cui si riterrà che l’intervento sia necessario solo per pochi alunni si attiveranno corsi di recupero secondo le modalità indicate dal Collegio dei Docenti.

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PREREQUISITI-CONTENUTI-SCANSIONI TEMPORALI-COMPETENZEMATEMATICA CLASSI TERZE

L’insegnamento è condotto per problemi; l’insegnante, cioè, presenta situazioni problematiche atte a stimolare nei ragazzi la formulazione di ipotesi di soluzione. L’insegnamento per problemi non esclude che il docente faccia ricorso ad esercizi di tipo applicativo sia per consolidare le nozioni apprese dagli allievi, sia per fare acquisire loro una sicura padronanza del calcolo.In terza il contributo informatico risulterà significativo nella ricerca delle soluzioni di un’equazione algebrica o trascendente, nella rappresentazione grafica delle funzioni. L’insegnamento della matematica in terza sarà orientato verso le finalità e gli obiettivi sopra illustrati. Alla fine gli alunni dovranno essere in grado di sviluppare dimostrazioni, di applicare le regole della logica, di operare con sicurezza trasformazioni di formule, di risolvere problemi geometrici nel piano per via sintetica o analitica, di riconoscere il contributo dato dalla matematica allo sviluppo delle scienze sperimentali.

Attività di recupero : studio di disequazioni razionali, sistemi di disequazioni.Tempi: 10 ore

Prerequisiti: Il piano cartesiano.Funzioni: definizioni generali; rappresentazione cartesiana di una funzione; principali caratteristiche di una funzione ( iniettiva, suriettiva , biettiva, invertibilità); le funzioni matematiche: dominio, ricerca degli zeri e del segno di una funzione. Tempi: 10 ore.

Prerequisiti: disequazioni razionali, equazioni irrazionali, grafici di semplici funzioni.

Disequazioni: irrazionali, con il valore assoluto. Competenze: risolvere disequazioni razionali o irrazionali fratte analiticamente.Tempi:10 ore.

Prerequisiti: definizione di luogo geometrico; teorema di Pitagora; piano cartesiano; equazione della retta distanza di due punti e distanza di un punto da una retta; uguaglianze con il valore assoluto.

La retta: la retta generica: forma implicita ed esplicita, fasci di rette, semipiani.La parabola: parabola con asse di simmetria parallelo all’asse x e y e traslata; retta tangente alla parabola; fasci di parabole.La circonferenza: circonferenza come luogo geometrico; circonferenza con centro l'origine; equazione generica di una circonferenza; posizioni reciproche retta circonferenza; retta tangente alla circonferenza; fasci di

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circonferenze; intersezione parabola – circonferenza e retta – circonferenza; traslazione della circonferenza.L’ellisse: definizione di ellisse con i fuochi su entrambi gli assi; equazione dell'ellisse con centro fuori dall'origine; traslazione dell’ellisse.L’iperbole: iperbole coniugata ed equilatera; definizione di asintoti obliqui e orizzontali; iperboli e rette; funzioni omografiche.Le coniche: riconoscere la conica generale e se è degenere o no; grafici di funzioni riconducibili a parti di coniche; discutere la posizione reciproca di coniche in funzione dei parametri; luoghi geometrici; problemi con la determinazione di luoghi geometrici; interpretazione geometrica delle disequazioni irrazionali.

Tempi: 44 ore.Competenze: operare con le coniche, riconoscerle trovare le reciproche posizioni; riconoscere una conica o parte di essa sotto forma di funzione; discutere una conica al variare dei parametri; operare con i fasci, caratterizzandoli.

Prerequisiti: proprietà delle potenze; soluzione di equazioni e disequazioni intere, fratte, razionali ed irrazionali.

Potenze e logaritmi: la funzione esponenziale; la funzione logaritmica; l’uso dei logaritmi nei calcoli; l’equazioni e disequazioni logaritmiche ed esponenziali; disequazioni trascendenti; calcolo degli zeri con il metodo della bisezione, grafici di funzioni esponenziali e logaritmiche. Tempi: 20 ore.

Competenze: conoscere la funzione esponenziale, la funzione logaritmica, l’uso dei logaritmi nei calcoli; saper risolvere equazioni e disequazioni logaritmiche ed esponenziali, disequazioni trascendenti; saper calcolare gli zeri con il metodo della bisezione.

Prerequisiti: piano cartesiano, equazioni della retta e delle coniche Trasformazioni del piano ( parte prima): alcune isometrie: traslazione; simmetria assiale; simmetria centrale; alcune similitudini: omotetia di centro l'origine e rapporto k, dilatazione.Tempi: 18 ore.

Competenze: riconoscere le trasformazioni del piano in se; caratterizzare una trasformazione assegnata; ricavare i trasformati di coniche una volta assegnata la trasformazione.

Prerequisiti: definizione di funzione; funzioni periodiche; funzione suriettiva, iniettiva, biunivoca; geometria del piano; piano cartesiano; circonferenza.

Goniometria: definizione di radiante; definizione di seno e di coseno; definizione goniometrica e trigonometrica; calcolo del seno e del coseno di angoli notevoli; studio del segno e grafici; relazione fondamentale tra seno e coseno; seno e coseno di angoli opposti, complementari, supplementari; funzione tangente e cotangente; secante e cosecante; traslazione ed amplificazioni di funzioni periodiche; valori assoluti di funzioni periodiche; formule di addizione e sottrazione; formule di duplicazione e bisezione; equazioni goniometriche (primo e secondo

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grado, omogenee e non); cenni disequazioni goniometriche (primo e secondo grado, omogenee e non); verifica di identità goniometriche.Applicazioni della goniometria: relazione tra tangente dell’angolo e coefficiente angolare della retta; angoli tra rette del piano.Tempi: 20 ore

Competenze: risolvere equazioni e disequazioni goniometriche.

PREREQUISITI-CONTENUTI-SCANSIONI TEMPORALI-COMPETENZEMATEMATICA CLASSI QUARTE

L’insegnamento della matematica in quarta sarà orientato verso le finalità e gli obiettivi illustrati nel piano educativo per la classe terza; in particolare gli alunni dovranno, alla fine della quarta essere in grado di sviluppare dimostrazioni, di costruire procedure risolutive di un problema e, ove sia il caso costruire l’algoritmo di calcolo, di risolvere problemi geometrici nel piano e nello spazio, di utilizzare consapevolmente elementi di calcolo differenziale, di riconoscere il contributo dato dalla matematica allo sviluppo delle scienze sperimentali.Attività di recupero: coniche ed equazioni goniometriche.Tempi:4 ore.

Prerequisiti: definizione di funzione; funzioni periodiche; funzione suriettiva, iniettiva, biunivoca; geometria del piano; piano cartesiano; circonferenza.

Goniometria e trigonometriaDisequazioni; teoremi fondamentali sui triangoli rettangoli, teoremi sui triangoli qualunque (teorema della corda, teorema dell’area, teorema dei seni, teorema di Carnot) problemi trigonometrici, anche parametrici.Tempi:28 ore.

Competenze: risolvere equazioni e disequazioni goniometriche; risolvere problemi di geometria piana sfruttando la goniometria; svolgere problemi trigonometrici e discutere al variare di un parametro.

Prerequisiti: conoscenze di calcolo algebrico letterale.Matrici: definizione di matrice; somma e prodotto di matrici; matrice nulla e matrice identità; determinante di una matrice; matrici invertibili.Tempi:8 ore.

Competenze:. saper operare con le matrici; calcolare il determinante di matrici quadrate di ordine due e tre.

Prerequisiti: calcolo matriciale; trasformazioni prima parte, isometrie del piano in sé.

Trasformazioni (seconda parte):Rotazioni, similitudini e affinità, significato geometrico del determinante di una matrice; matrici per trasformazioni geometriche; composizione di matrici e trasformazioni;

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matrici di isometrie; matrici di similitudini; calcolo dell’area di un triangolo con la matrice delle coordinate; figura fissa e figure unite; trasformazione inversa; calcolo di elementi uniti; calcolo di coniche trasformate; studio analitico di un'affinità qualunque. Tempi: 20 ore

Competenze: Riconoscere le trasformazioni isometriche del piano; una volta assegnata la trasformazione saperla caratterizzare. Prerequisiti: calcolo letterale; equazioni algebriche; il piano cartesiano; rappresentazioni e calcolo vettoriale; elementi di trigonometria; la funzione esponenziale.

Numeri Complessi: in coordinate cartesiane e polari; calcolo delle potenze e delle radici soluzioni di equazioni con soluzioni nel piano complesso.Tempi:12 ore.

Competenze: saper riconoscere; rappresentare ed operare con i numeri complessi; saper risolvere equazioni a coefficienti complessi e con incognite appartenenti a C; saper utilizzare le coordinate polari; saper calcolare potenze e radici di numeri complessi; saper rappresentare le soluzioni nel piano complesso.

Prerequisiti: definizioni e assiomi della geometria piana Geometria euclidea e analitica nello spazio: assiomi e definizioni fondamentali; posizione di rette e piani nello spazio; teorema delle tre perpendicolari; il teorema di Talete nello spazio; il concetto di diedro, equazioni di piani e rette nello spazio, distanza di un punto da una retta e da un piano; equazione della sfera. Tempi:16 ore.Competenze: saper risolvere semplici problemi di geometria solida, , saper individuare angoli retti, essere in grado di trasferire sul piano il problema tridimensionale.

Prerequisiti: calcolo algebrico e sue proprietà.Successioni: le successioni numeriche divergenti e convergenti; alcune proprietà delle successioni; le progressioni aritmetiche e geometriche; somma di n elementi di una successione.Tempi: 16 ore.

Competenze: conoscere le successioni numeriche divergenti e convergenti; conoscere le progressioni aritmetiche e geometriche; saper calcolare la somma di n elementi di una successione.

Prerequisiti: definizione di funzione e sue caratteristiche, le successioni.

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Limiti di successioni e funzioni reali: definizione di intorno, estremi, massimi e minimi di un insieme; introduzione al concetto di limite; limite di una successione; algoritmi ricorsivi e iterativi; il limite di una funzione ( analisi di tutti i casi); teorema del confronto; limiti notevoli; proprietà dei limiti; forme indeterminate; calcolo dei limiti.

Tempi: 28 ore.Competenze: saper calcolare ed utilizzare i limiti di funzioni; saper enunciare, dimostrare ed utilizzare i teoremi studiati.

PREREQUISITI-CONTENUTI-SCANSIONI TEMPORALI-COMPETENZEMATEMATICA CLASSI QUINTE P.N.I .

Non inganni il numero, contenuto solo in apparenza, degli argomenti qui di seguito elencati: in quinta ancor più che negli anni precedenti, è essenziale che gli studenti si esercitino nella risoluzione dei problemi, e poi c’è da dedicare parecchio tempo al recupero e alla revisione degli argomenti svolti durante il triennio, per non dire nell’intero corso degli studi superiore.

Prerequisiti: tutti gli argomenti dei programmi degli anni precedenti, in particolare: il calcolo letterale; la geometria piana, sintetica e relativa alla misura; equazioni e disequazioni; la retta, le coniche, i luoghi geometrici; la trigonometria sia relativamente alla sua parte algebrica che a quella geometrica; le funzioni e le loro proprietà; il significato di limite di una funzione e il calcolo dei limiti; il significato di derivata di una funzione e il calcolo di derivate; il significato di integrale di una funzione e il calcolo di integrali; le matrici e la loro algebra; le trasformazioni del piano; i sistemi lineari; le proprietà fondamentali dei solidi.

Funzione continua: definizione di funzione continua, discontinuità di una funzione, vari tipi di discontinuità, asintoti verticali teorema di Weierstrass; teorema di esistenza degli zeri.Tempi :20 ore

Competenze: riconoscere i vari tipi di discontinuità di una funzione; saper riconoscere le proprietà di una funzione continua in un intervallo chiuso e limitato.

Prerequisiti: calcolo dei limiti e definizione di funzione continua.Il calcolo delle derivate: funzione derivabile e derivata di una funzione; significato fisico e geometrico di una derivata; le derivate delle funzioni fondamentali; la derivata delle funzioni intere e fratte; calcolo dei massimi e minimi relativi ed assoluti di una funzione; dimostrazione delle regole di calcolo delle derivate; teoremi di Rolle, Lagrange e Cauchy con le rispettive dimostrazioni; teorema di De L’Hospital; derivabilità di una funzione: cuspidi e punti angolosi, flessi a tangente verticale; determinazione e studio della derivata seconda, flessi a tangenti orizzontale, obliqua, teorema della derivata ennesima; metodo delle tangenti o di Newton per determinare gli zeri di un funzione e calcolo del suo algoritmo. Tempi :35 ore.

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Competenze: saper calcolare ed utilizzare la derivata di una funzione; conoscere il significato geometrico della derivata; saper enunciare, dimostrare ed utilizzare i teoremi studiati.

Prerequisiti: conoscenza degli argomenti di analisi relativi a limiti e derivate.Studio di funzione: definizione di funzione reale di variabile reale; ricerca di eventuali simmetrie; determinazione del dominio; determinazione degli zeri e dei segni; determinazione dei punti di massimo e minimo (relativi ed assoluti); determinazione della concavità e dei punti di flesso. Tempi: 20 ore.

Competenze: saper utilizzare i dati raccolti ai fini della costruzione del grafico di una funzione; saper confrontare graficamente funzioni e saper individuare ed approssimare soluzioni di equazioni non risolubili con metodi algebrici (metodo della bisezione e metodo delle tangenti o di Newton ).

Prerequisiti: calcolo dei limiti e definizione di funzione continua; derivabilità di una funzione.

Integrali: definizione di integrale indefinito e primitiva di una funzione; dimostrazione di alcune regole di calcolo degli integrali indefiniti; integrali definiti: definizione, proprietà; teorema fondamentale del calcolo integrale; teorema della media integrale; metodi numerici per l’approssimazione di aree ( rettangoli e trapezi ). Tempi:40 ore.

Competenze : saper calcolare l’area sotto il grafico di una funzione continua; conoscere la definizione di integrale indefinito e primitiva di una funzione; saper calcolare gli integrali definiti; conoscere e utilizzare il teorema fondamentale del calcolo integrale e il teorema della media integrale; saper calcolare il volume dei solidi di rotazione; conoscere e utilizzare i principali metodi numerici per l’approssimazione di aree e soluzioni di equazioni; saper enunciare, dimostrare ed utilizzare i teoremi studiati.

Prerequisiti: elementi di insiemistica.Probabilità: calcolo combinatorio, probabilità condizionata, teorema di Bayes Tempi:30 ore.

Competenze: Conoscere le linee fondamentali del calcolo delle probabilità, la probabilità condizionata e il teorema di Bayes, saper risolvere semplici problemi di calcolo delle probabilità.

Ripasso e applicazione di tutti gli argomenti studiati nel corso del triennio e svolgimento guidato e commentato di tutti i possibili problemi e quesiti assegnati nelle passate sessioni di esami di maturità. Tempi 15 ore.

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PREREQUISITI-CONTENUTI-SCANSIONI TEMPORALI-COMPETENZEFISICA CLASSI TERZE

L’insegnamento della fisica sposterà gradualmente l’attenzione dagli aspetti prevalentemente empirici e di osservazione analitica propri dell’attività svolta al biennio verso gli aspetti concettuali e di sintesi. I modelli saranno presentati come mezzi di rappresentazione e dovranno essere sempre discussi i loro limiti di validità; l’uso dell’elaboratore aiuterà a comprendere le conseguenze di determinate ipotesi.Si dedicherà particolare cura alla formalizzazione dei concetti della meccanica, grazie all’uso di strumenti matematici più sofisticati ed atti a sollecitare negli studenti una maggiore capacità di astrazione. Congruo spazio sarà dedicato alle equazioni dimensionali e alle unità di misura. Si sottolinea infine l’opportunità di utilizzare programmi di simulazione per lo studio degli aspetti che non si prestano ad esercitazioni di laboratorio.

Ripasso degli anni precedenti: grandezze fisiche e loro misura; strumenti di misura e loro caratteristiche; il calibro; incertezza assoluta e relativa; notazione scientifica; cifre significative; ordine di grandezza; propagazione degli errori nella somma, differenza, prodotto, quoziente di due misure; metodi di analisi statistica dei dati; gaussiana e deviazione standard; i vettori. Laboratorio: calcolo deviazione standard nelle misure del periodo di un pendolo.

Tempi:15 ore.Competenze: conoscere i concetti di grandezza fisica, misura ed errore di misura.

Il moto dei corpiPrerequisiti: risoluzione di equazioni di primo e secondo grado; geometria piana; piano cartesiano; equazione della retta e della parabola.

Il moto rettilineo: grafici di funzione; derivata di funzione ed integrale di funzioni polinomiali; moto rettilineo uniforme; velocità; diagrammi spazio-tempo e velocità-tempo; moto uniformemente accelerato; velocità media ed istantanea; accelerazione, la caduta libera di un corpo; accelerazione di gravità; moto parabolico.Laboratorio: moto vario sulla rotaia e diagrammi S(t), moto parabolico.Il moto circolare: moto circolare uniforme; velocità angolare e tangenziale; accelerazione media e istantanea; accelerazione centripeta; moto curvilineo. Laboratorio: moto circolare e accelerazione centripeta.Tempi:45 ore.

Competenze: conoscere i concetti di traiettoria di un punto, di spostamento, di velocità e di accelerazione; conoscere i principali moti e le equazioni che le descrivono.

Le cause del moto

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Prerequisiti: le equazioni dei moti; equazioni e sistemi di equazioni di primo e secondo grado.

I principi della dinamica: le forze; primo principio della dinamica; sistemi di riferimento inerziali; il secondo principio della dinamica; massa inerziale e massa gravitazionale; terzo principio della dinamica.Laboratorio: Massa inerziale, primo e secondo principio della dinamica.Moti particolari: moto su un piano inclinato.Laboratorio: piano inclinato.Forza di attrito: attrito statico e dinamico,moto di un corpo soggetto ad attrito. Laboratorio: attrito statico e dinamico.L’equilibrio: equilibrio del corpo puntiforme e del corpo rigido; momenti delle forze; baricentro; vari tipi di equilibrio. Laboratorio: Il baricentro.Tempi:15 ore.

Competenze: conoscere i principi della dinamica; conoscere il significato di forza, massa e peso; saper scomporre le forze ed analizzare le diverse situazioni fisiche; conoscere e saper utilizzare le condizioni di equilibrio; conoscere il principio di relatività di Galileo

Le leggi di conservazionePrerequisiti: definizione di centro di massa; somma vettoriale; prodotto scalare.

La conservazione dell’energia meccanica: il lavoro di una forza; calcolo del lavoro di varie forze; la potenza; forze conservative; definizione di energia potenziale; la legge delle forze vive; conservazione dell’energia meccanica; forze non conservative; l’energia cinetica del moto rotatorio. Laboratorio:la conservazione dell’energia.

La conservazione della quantità di moto: la conservazione della massa; la quantità di moto e la sua conservazione; il centro di massa di un corpo ed il suo moto; gli urti elastici ed anelatici.Laboratorio:centro di massa, urti elastici e anelatici.Tempi: 21 ore

Competenze: conoscere i concetti di quantità di moto, lavoro, energia cinetica, energia potenziale e potenza; conoscere e saper applicare i principi di conservazione per risolvere i problemi di meccanica.

PREREQUISITI-CONTENUTI-SCANSIONI TEMPORALI-COMPETENZEFISICA CLASSI QUARTE

L’insegnamento sposterà gradualmente l’attenzione dagli aspetti prevalentemente empirici e di osservazione analitica verso gli aspetti concettuali e di sintesi. I modelli saranno presentati come mezzi di rappresentazione e dovranno essere sempre discussi i loro limiti di validità. Le teorie saranno trattate mettendone in evidenza l’evoluzione ed il progressivo

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affinamento e si proseguirà con la lettura di pagine storiche ( termodinamica del Fermi, testi di Galileo) a volte in accordo con l’insegnante di storia e filosofia.L’attività di laboratorio prevederà sia esperimenti eseguiti dagli alunni sia altri, più raffinati presentati dagli insegnanti.

Attività di recupero: saranno riaffrontati i concetti di lavoro,forza conservativa, energia meccanica, conservazione dell’energia, quantità di moto e sua conservazione, gli urti elastici ed anelatici.

Prerequisiti: conoscenza e capacità di utilizzare le unità del SI; capacità di costruire ed interpretare un grafico; conoscenza e capacità di applicare le leggi fondamentali della cinematica, della dinamica e il principio di conservazione dell'energia; capacità di risolvere equazioni di primo e secondo grado; capacità di interpretare e svolgere espressioni di calcolo infinitesimale, come limiti, derivate ed integrali di semplici funzioni.

Termodinamica: temperatura: misura, scale termometriche, dilatazione termica principio zero della termodinamica; il calore, capacità termica, calore specifico e latente, connessione con il lavoro meccanico, l’equivalente meccanico della caloria, il lavoro termodinamico, variabili di stato, trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili, diagrammi nel piano PV e interpretazione geometrica del lavoro termodinamico. La prima legge della termodinamica ed applicazione ad alcuni casi particolari di trasformazioni (adiabatica, isoterma, isocora, isobara, cicliche); trasmissione del calore (conduzione, convezione, irragiamento); teoria cinetica dei gas: numero di Avogadro, legge del gas ideale, pressione temperatura e velocità quadratica media, energia cinetica traslazionale, teorema dell’equipartizione dell’energia; capacità termica a volume costante ed a pressione costante, loro calcolo in funzione dei gradi di libertà; seconda legge della termodinamica, formulazione di Clausius e lord Kelvin e loro equivalenza; ciclo di Carnot; entropia cenni di statistica per il calcolo dell’entropia.Laboratorio: calorimetria ed esperienza di Joule. Tempi: 32 ore

Competenze: utilizzare correttamente le scale di temperatura Celsius e Kelvin; calcolare le quantità di calore coinvolte nei processi termici; analizzare le trasformazioni che subiscono i corpi sottoposti a riscaldamento; applicare le leggi della termodinamica nelle varie trasformazioni; applicare correttamente il modello di gas perfetto, collegando le proprietà macroscopiche dei gas con le proprietà microscopiche delle molecole dei gas; calcolare le variazioni di entropia distinguendo processi reversibili e irreversibili; comprendere i principi di funzionamento delle macchine termiche e applicare ad esse le leggi della termodinamica.

Fenomeni ondulatori Prerequisiti: saper operare con i vettori; saper utilizzare le misure del SI; saper applicare le leggi fondamentali della cinematica e della dinamica e il principio di conservazione dell'energia; saper risolvere equazioni di primo e secondo

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grado; conoscere e saper utilizzare elementi di trigonometria, in particolare le funzioni seno e coseno; saper interpretare e svolgere espressioni di calcolo infinitesimale, comprendenti derivate e integrali di funzioni.

Moti oscillatori: equazione dell’onda, studio matematico della propagazione dell’onda, onde longitudinali e trasversali, onde stazionarie, frequenza di risonanza, riflessione, rifrazione, dispersione, interferenza diffrazione, effetto Doppler.Laboratorio: onde e fenomeni ottici, fenomeno della risonanza.Tempi: 32 ore

Competenze: saper distinguere i vari tipi di onda; saper determinare l'onda risultante dalla sovrapposizione di onde elementari; conoscere e saper utilizzare l'equazione delle onde; saper analizzare il comportamento di una corda sotto tensione in cui si propaga un'onda; saper individuare le caratteristiche delle configurazioni di onde stazionarie; saper analizzare il comportamento della luce nel passaggio attraverso mezzi trasparenti utilizzando le leggi della riflessione e della rifrazione; saper applicare le leggi dell'ottica geometrica a specchi piani, curvi, superfici rifrangenti e lenti; conoscere i principali fenomeni dell'ottica fisica e il loro ruolo nella storia della teoria sulla natura della luce.

Prerequisiti: equazioni del moto circolare uniforme; forza centripeta e moto circolare; principi della Dinamica; moto dei proiettili.

Meccanica rotazionale: Il centro di massa di un sistema di punti. Equilibrio stabile instabile e indifferente. Momento di una forza. Statica traslazionale e rotazionale. Cenni di dinamica rotazionale e momento angolare. Teoria dei campi: definizione di campo gravitazionale ed elettrostatico, analogie e differenze, forza gravitazionale ed elettrostatica, definizione di potenziale gravitazionale ed elettrostatico, energia potenziale gravitazionale ed elettrostatica, moto di masse in un campo gravitazionale, velocità di fuga, satelliti, moto di cariche in un campo elettrostatico. Laboratorio: campi elettrostatici.Tempi: 9 ore

Competenze: saper generalizzare il problema dell’equilibrio a un corpo rigido e a un sistema a più corpi; conoscere le varie soluzioni date storicamente al problema del moto dei pianeti, in particolare il modello tolemaico e il modello copernicano; conoscere gli sviluppi moderni del problema del moto dei pianeti e i contributi dovuti a Tycho Brahe, Galileo e Keplero; conoscere il significato e l'importanza della legge di gravitazione universale; saper applicare la legge di gravitazione universale alla soluzione di problemi relativi alla massa dei pianeti, all'accelerazione di gravità e al moto dei pianeti e dei satelliti; conoscere, a grandi linee, la soluzione attuale al problema della gravitazione e il concetto di campo gravitazionale.

PREREQUISITI-CONTENUTI-SCANSIONI TEMPORALI-COMPETENZEFISICA CLASSI QUINTE

Si conclude significativamente il processo formativo e culturale dell’insegnamento della fisica nel triennio di un Liceo Scientifico, con una serie

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di argomenti che poco si prestano alla semplice intuizione. Tali argomenti richiedono infatti una buona capacità di astrazione, rigore espositivo e possesso del linguaggio specifico verbale e scritto, obiettivi generali e specifici dell’apprendimento di questa disciplina.

Ripasso della teoria dei campi: concetto di campo e di linee di campo, campo gravitazionale ed elettrostatico, campi conservativi.Tempi: 9 ore

Prerequisiti: vettori e calcolo vettoriale; forza e campo gravitazionale; legge di gravitazione universale; forze conservative ed energia potenziale; superfici e volumi dei principali solidi geometrici (parallelepipedo, cilindro, sfera, cono); conoscere il significato della derivata e dell'integrale di una funzione e saperne calcolare il valore.

Elettrostatica: carica di un conduttore e di un isolante; legge di Coulomb e principio di sovrapposizione; quantizzazione della carica; calcolo di campi elettrici con cariche discrete ( nei vertici di quadrati o triangoli, dipolo) e distribuzioni uniformi con particolari simmetrie (anello); campo all’interno di un conduttore; effetto delle punte; gabbia di Faraday; elettroforo; flusso e teorema di Gauss; calcolo del campo di alcune distribuzioni di campo sfruttando il teorema di Gauss (piani, cilindri, fili, sfere); moto di cariche in un campo elettrostatico ed esperimento di Millikan; potenziale ed energia potenziale elettrica; superfici equipotenziali; calcolo di E da V e viceversa; calcolo di potenziali di distribuzioni discrete e continue di cariche; potenziale di dipolo; condensatori; capacità di alcuni conduttori ( armature piane e parallele); energia immagazzinata da un condensatore; densità di carica elettrica; condensatori con dielettricoLaboratorio: studio qualitativo di fenomeni elettrostatici; visualizzazione di campi elettrostatici. Tempi: 30 ore

Competenze: conoscere i principali fenomeni elettrostatici; conoscere i concetti e il significato di carica, di campo, di potenziale elettrico e saper calcolare campi e potenziale elettrici creati da diverse distribuzioni di carica; conoscere le analogie e le differenze tra il campo gravitazionale e il campo elettrico; conoscere le leggi fondamentali del campo elettrico e saperle applicare; conoscere le caratteristiche dei conduttori elettrici in equilibrio elettrostatico e dei condensatori; conoscere e saper utilizzare il concetto di capacità elettrica.

Prerequisiti: la carica elettrica fondamentale; definizioni di differenza di potenziale e di potenza; legge fondamentale della calorimetria; calcolo di potenze; notazione scientifica; prefissi internazionali; calcolo integrale e derivate

Elettrodinamica: conduzione elettrica; velocità di drift in un conduttore; resistività; correnti e circuiti elettrici; leggi di Ohm; potenza dissipata da una resistenza; principi di Kirchhoff; resistenze e condensatori in serie ed in parallelo; dielettrici; forza elettro motrice; circuiti a più maglie; strumenti di misura: amperometri e voltmetri; circuiti RC: carica e scarica di un condensatore.

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Laboratorio: carica e scarica di un condensatore; circuito integratore; circuito derivatore.Tempi: 15 ore

Competenze: conoscere il significato di corrente elettrica e le sue relazioni con le altre grandezze elettriche; saper calcolare l'intensità di corrente in un semplice circuito; conoscere e saper utilizzare il teorema delle maglie e il teorema dei nodi per risolvere semplici problemi; conoscere il significato di energia e di potenza elettrica e saperne calcolare il valore in un semplice problema.

Prerequisiti: calcolo vettoriale; concetto di campo; concetti di flusso e di circuitazione di un campo vettoriale; proprietà ed equazioni del campo elettrico; definizione di corrente e sua interpretazione microscopica.

Campo magnetico: forza di Lorentz su una particella in B, su una corrente in B; campo magnetico generato da corrente elettrica; moto di cariche in un campo magnetico; effetto Hall; spettrometro di massa; misura di e/m; legge di Biot Savart per un filo rettilineo; interazione tra fili paralleli percorsi da corrente; teorema di Ampere; solenoidi; campo magnetico uniforme. Laboratorio: misura del rapporto e/m.Tempi: 18 ore

Competenze: conoscere le leggi del magnetismo e il dibattito storico su elettricità e magnetismo; conoscere le proprietà del campo e delle forze magnetiche; determinare l'intensità del campo magnetico e le caratteristiche delle interazioni magnetiche; determinare la traiettoria di una carica elettrica in moto in campi elettrici e magnetici; conoscere alcune fondamentali applicazioni tecnologiche del campo magnetico; conoscere il comportamento dei diversi materiali posti all'interno di campi magnetici.

Prerequisiti: conoscere le caratteristiche e le proprietà del campo elettrico e del campo magnetico; conoscere il significato della derivata di una funzione e saperne calcolare il valore; conoscere il significato della forza di Lorentz; conoscere il significato del flusso e di circuitazione di un campo vettoriale e saperne calcolare il valore; principi di Kirchhoff.

Induzione elettromagnetica : esperimenti di Oersted, Faraday e Ampere; legge di induzione di Faraday; legge di Lenz; campi elettrici indotti; induttori e induttanza; circuiti RL; energia immagazzinata in un campo magnetico; densità di energia magnetica; equazioni di Maxwell; corrente di spostamento.Laboratorio: induzione magnetica.Tempi:18 ore.Competenze: conoscere il significato di forza elettromotrice indotta, la legge di Faraday-Neumann e le sue applicazioni; calcolare forze elettromotrici, correnti indotte e autoindotte; conoscere le relazioni tra il campo elettrico e il campo magnetico e sa per calcolare le intensità dei campi elettrici e magnetici indotti; conoscere le equazioni di Maxwell e il loro significato.

Cenni di fisica moderna: A discrezione degli insegnanti verranno trattati alcuni argomenti di fisica moderna.

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Ripasso del programma in preparazione all’esame di stato.Tempi:9 ore.

PROGRAMMA MATEMATICA 4B ORDINARIO

Disequazioni algebriche

Prerequisiti: disequazioni razionali di 10 e 20 grado, equazioni irrazionali, sistemi di disequazioni

Disequazioni: irrazionali e in valore assolutoCompetenze: risolvere disequazioni razionali o irrazionali fratte e disequazioni con valore assoluto.Tempi: 15 ore.

Geometria analitica

Prerequisiti: definizione di luogo geometrico; teorema di Pitagora, uguaglianze con il valore assoluto.Il piano cartesiano: coordinate di un punto, distanza tra due punti in posizione qualsiasi, punto medio di un segmento, baricentro di un triangolo.La retta: equazione di una retta passante per l’origine, coefficiente angolare, retta in posizione generica, forma esplicita e forma implicita, retta passante per due punti, rette parallele e rette perpendicolari, intersezione tra rette, distanza di un punto da una retta, fascio di rette generato da due rette incidenti, fascio di rette generato da due rette parallele e distinte.

La parabola: parabola con asse di simmetria parallelo all’asse x e y e traslata; retta tangente alla parabola; fasci di parabole.La circonferenza: circonferenza come luogo geometrico; circonferenza con centro l'origine; equazione generica di una circonferenza; posizioni reciproche retta circonferenza; retta tangente alla circonferenza; fasci di circonferenze; intersezione parabola – circonferenza e retta – circonferenza; traslazione della circonferenza.L’ellisse: definizione di ellisse con i fuochi su entrambi gli assi; equazione dell'ellisse con centro fuori dall'origine; traslazione dell’ellisse.L’iperbole: iperbole coniugata ed equilatera; definizione di asintoti obliqui e orizzontali; iperboli e rette; funzioni omografiche.Le coniche: grafici di funzioni riconducibili a parti di coniche; luoghi geometrici; problemi con la determinazione di luoghi geometrici; interpretazione geometrica delle disequazioni irrazionali.

Tempi: 81 ore.Competenze: operare con le coniche, riconoscerle trovare le reciproche posizioni; operare con i fasci, caratterizzandoli.

PROGRAMMA FISICA CLASSE 3B ORDINARIO

Le grandezze scalari e vettoriali

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Prerequisiti: calcolare volumi e superfici di solidi noti ,eseguire operazioni con numeri elevati a potenza.

La misura: grandezze fisiche e loro misura; il calibro, incertezza assoluta e relativa; notazione scientifica; ordine di grandezza; propagazione degli errori nella somma, differenza, prodotto, quoziente di due misure.Tempi: 6 ore

Competenze: saper costruire grafici; conoscenza del SI.

Prerequisiti: teorema di Pitagora.Vettori e equilibrio di un punto materiale: grandezze vettoriali e operazioni coi vettori; regola del parallelogramma; definizione di seno, coseno e tangente, definizione di vettori nel piano cartesiano, somma in esso; prodotto scalare: definizione e calcolo anche nel piano cartesiano.Tempi: 6 ore

Competenze: saper rappresentare i vettori sia graficamente che algebricamente.

Il moto dei corpiPrerequisiti: risoluzione di equazioni di primo e secondo grado; geometria piana; piano cartesiano; equazione della retta e della parabola.

Il moto rettilineo: grafici di funzione; moto rettilineo uniforme; velocità; diagrammi spazio-tempo e velocità-tempo; moto uniformemente accelerato; velocità media ed istantanea; accelerazione, la caduta libera di un corpo; accelerazione di gravità; moto parabolico.Laboratorio: moto vario sulla rotaia Il moto circolare: moto circolare uniforme; velocità angolare e tangenziale; accelerazione media e istantanea; accelerazione centripeta; moto curvilineo.

Tempi:24 ore.

Competenze: conoscere i concetti di traiettoria di un punto, di spostamento, di velocità e di accelerazione; conoscere i principali moti e le equazioni che le descrivono.

Le cause del motoPrerequisiti: le equazioni dei moti; equazioni e sistemi di equazioni di primo e secondo grado.

I principi della dinamica: le forze; primo principio della dinamica; sistemi di riferimento inerziali; il secondo principio della dinamica; massa inerziale e massa gravitazionale; terzo principio della dinamica.Laboratorio: Massa inerziale, primo e secondo principio della dinamica.

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Moti particolari: moto su un piano inclinato.Laboratorio: piano inclinato.Forza di attrito: attrito statico e dinamico,moto di un corpo soggetto ad attrito. Tempi:8 ore.

Competenze: conoscere i principi della dinamica; conoscere il significato di forza, massa e peso; saper scomporre le forze ed analizzare le diverse situazioni fisiche.

Le leggi di conservazionePrerequisiti: somma vettoriale; prodotto scalare.

La conservazione dell’energia meccanica: il lavoro di una forza; calcolo del lavoro di varie forze; la potenza; forze conservative; definizione di energia potenziale; la legge delle forze vive; conservazione dell’energia meccanica; forze non conservative; l’energia cinetica del moto rotatorio. Laboratorio:la conservazione dell’energia.

La conservazione della quantità di moto: la conservazione della massa; la quantità di moto e la sua conservazione; il centro di massa di un corpo ed il suo moto; gli urti elastici ed anelatici.Laboratorio:centro di massa, urti elastici e anelatici.Tempi: 22 ore

Competenze: conoscere i concetti di quantità di moto, lavoro, energia cinetica, energia potenziale e potenza; conoscere e saper applicare i principi di conservazione per risolvere i problemi di meccanica.

Docenti coinvolti:

Andreoli Michele _______________________________________________

Barsotti Monica _______________________________________________

Cavallini Matilde________________________________________________

Daddi Francesco________________________________________________

Degl’Innocenti Silvia____________________________________________

Messina Angela Maria___________________________________________

Rozzo Iolanda_________________________________________________

Signorini Daniele ______________________________________________

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Susini Annalisa_______________________________________________

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