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Seconda Prova di Fisica: contenuti e competenze – Maturità Licei Scientifici

prova di fisica

Come affrontare la Seconda prova di Fisica all’esame di maturità? Quali sono i contenuti da conoscere e le abilità da sviluppare per affrontare la II prova di Fisica?

Il Ministero dell’Istruzione ha pubblicato il Quadro di Riferimento della II prova di Fisica dell’esame di Stato per i Licei Scientifici. Il Quadro contiene un elenco completo dei prerequisiti, dei contenuti e delle competenze necessarie ad affrontare l’eventuale II prova di Fisica all’esame di Stato.

Attenzione! ecco le date ufficiali dell’esame di Maturità 2017:

  • data prima prova Maturità: mercoledì 21 giugno 2017
  • data seconda prova Maturità: giovedì 22 giugno 2017
Vedi qui un articolo che contiene il pdf del documento di orientamento per la preparazione degli studenti all’esame di stato per la prova scritta di Fisica nei Licei Scientifici del MIUR.
Premessa

Il presente documento individua le conoscenze, abilità e competenze dello studente nella disciplina Fisica, che potranno essere oggetto di verifica durante l’esame di Stato degli indirizzi e opzioni del Liceo Scientifico, in particolare nella seconda prova scritta. E’ quindi da considerare come Quadro di Riferimento della II prova di Fisica dell’esame di Stato e non come “Programmazione didattica del V anno”, che potrà e dovrà considerare anche altri contenuti la cui scelta è affidata alla libera programmazione didattica delle scuole e dei docenti.

Nella parte iniziale del Quadro vengono elencate le competenze generali della disciplina Fisica. Mentre, quelle di settore sono associate ai contenuti e alle abilità nel Quadro.

Il Quadro è articolato in moduli e, quando necessario, in unità didattiche; per ciascun modulo (o unità didattica) vengono individuati i prerequisiti, i contenuti irrinunciabili, le abilità relative ai contenuti irrinunciabili e le competenze di settore. I prerequisiti attengono alle attività didattiche svolte nel corso dei 5 anni scolastici; essi potranno essere oggetto della verifica solo in modo indiretto, cioè funzionale ai contenuti, alle abilità e alle competenze previste dal Quadro. Sarà la programmazione didattica delle singole scuole a sceglierne la collocazione temporale ottimale ai fini dell’apprendimento.

Relativamente alla sezione “D” del Quadro, “Argomenti e approfondimenti di Fisica Moderna”, rimane ferma la libertà di scelta dei docenti fra uno o più argomenti specifici da affrontare, avendo cura che lo studente ne comprenda l’importanza e il significato e che sappia inquadrarli nelle problematiche scientifiche di base o applicative attuali. Da ciò consegue che tali argomenti di approfondimento della Fisica Moderna potranno essere oggetto solo della prova orale e della terza prova scritta, ma non della seconda prova scritta.

II prova di Fisica – Competenze Generali

Le competenze generali necessarie ad affrontare la Seconda prova di Fisica sono:

  • Essere in grado di esaminare una situazione fisica formulando ipotesi esplicative attraverso modelli o analogie o leggi
  • Essere in grado di formalizzare matematicamente un problema fisico e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la loro risoluzione
  • Essere in grado di interpretare e/o elaborare dati, anche di natura sperimentale, verificandone la pertinenza al modello scelto
  • Essere in grado di descrivere il processo adottato per la soluzione di un problema e di comunicare i risultati ottenuti valutandone la coerenza con la situazione problematica proposta.

Prerequisiti, contenuti, abilità e competenze – II prova di Fisica

Qui di seguito Prerequisiti, contenuti, abilità e competenze per la seconda prova di fisica, suddivise nei quattro moduli comunicati dal Ministero dell’Istruzione.

Modulo A

Unità Didattica 1: Induzione elettromagnetica

I Prerequisiti fondamentali della prima Unità Didattica del primo modulo di fisica sono i seguenti:
  • Il concetto di campo
  • I campi conservativi
  • Il campo gravitazionale
  • Il campo elettrico e le sue proprietà
  • Relazioni tra campo elettrico e le sue sorgenti
  • Il campo magnetico e le sue proprietà
  • Relazioni tra campo magnetico e le sue sorgenti
  • La forza elettrostatica e la forza di Lorentz
  • Calcolo del flusso di un campo vettoriale
  • Leggi del flusso e della circuitazione per il campo elettrico e magnetico stazionari nel vuoto
  • Energia associata al campo elettrico
  • Accumulo e dissipazione di energia da parte di una corrente elettrica
I contenuti irrinunciabili di questa prima Unità Didattica sono:
  • Il fenomeno della induzione elettromagnetica: la forza elettromotrice indotta e sua origine
  • Legge di Faraday-Neumann-Lenz
  • Le correnti indotte tra circuiti
  • Il fenomeno della autoinduzione e il concetto di induttanza
  • Energia associata a un campo magnetico
Le abilità relative ai contenuti di questa Unità Didattica sono:
  • Descrivere e interpretare esperimenti che mostrino il fenomeno dell’induzione elettromagnetica
  • Discutere il significato fisico degli aspetti formali dell’equazione della legge di Faraday-Neumann-Lenz
  • Descrivere, anche formalmente, le relazioni tra forza di Lorentz e forza elettromotrice indotta
  • Utilizzare la legge di Lenz per individuare il verso della corrente indotta e interpretare il risultato alla luce della conservazione dell’energia
  • Calcolare le variazioni di flusso di campo magnetico
  • Calcolare correnti e forze elettromotrici indotte utilizzando la legge di Faraday-Neumann-Lenz anche in forma differenziale
  • Derivare e calcolare l’induttanza di un solenoide
  • Determinare l’energia associata ad un campo magnetico
  • Risolvere esercizi e problemi di applicazione delle formule studiate inclusi quelli che richiedono il calcolo delle forze su conduttori in moto in un campo magnetico
Le competenze settoriali indispensabili di questa Unità Didattica sono:
  • Essere in grado di riconoscere il fenomeno dell’induzione elettromagnetica in situazioni sperimentali
  • Essere in grado di esaminare una situazione fisica che veda coinvolto il fenomeno dell’induzione elettromagnetica

Unità Didattica 2: Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche

I Prerequisiti fondamentali della seconda unità del primo modulo di fisica sono i seguenti:
  • Onde e oscillazioni
  • Caratteristiche generali della propagazione delle onde
  • Onde stazionarie
  • Interferenza e diffrazione delle onde
  • La legge della riflessione
  • La legge della rifrazione e suo legame con la velocità di propagazione
  • La risonanza
I contenuti irrinunciabili di questa Unità Didattica sono:
  • Relazione tra campi elettrici e magnetici variabili
  • La corrente di spostamento
  • Sintesi dell’elettromagnetismo: le equazioni di Maxwell
  • Onde elettromagnetiche piane e loro proprietà
  • La polarizzazione delle onde elettromagnetiche
  • L’energia e l’impulso trasportato da un’onda elettromagnetica
  • Cenni sulla propagazione della luce nei mezzi isolanti, costante dielettrica e indice di rifrazione
  • Lo spettro delle onde elettromagnetiche
  • La produzione delle onde elettromagnetiche
  • Le applicazioni delle onde elettromagnetiche nelle varie bande di frequenza
Le abilità relative ai contenuti di questa Unità Didattica sono:
  • Illustrare le implicazioni delle equazioni di Maxwell nel vuoto espresse in termini di flusso e circuitazione
  • Discutere il concetto di corrente di spostamento e il suo ruolo nel quadro complessivo delle equazioni di Maxwell
  • Calcolare le grandezze caratteristiche delle onde elettromagnetiche piane
  • Applicare il concetto di trasporto di energia di un’onda elettromagnetica
  • Descrivere lo spettro elettromagnetico ordinato in frequenza e in lunghezza d’onda
  • Illustrare gli effetti e le principali applicazioni delle onde elettromagnetiche in funzione della lunghezza d’onda e della frequenza
Le competenze settoriali indispensabili di questa Unità Didattica sono:
  • Essere in grado di collegare le equazioni di Maxwell ai fenomeni fondamentali dell’elettricità e del magnetismo e viceversa
  • Saper riconoscere il ruolo delle onde elettromagnetiche in situazioni reali e in applicazioni tecnologiche

Modulo B

Unità Didattica: Relatività

I Prerequisiti fondamentali del secondo modulo di fisica sono i seguenti:
  • Relatività galileiana
  • Sistemi di riferimento inerziali
  • Trasformazioni di coordinate
  • Invarianti
  • Legge non relativistica di addizione delle velocità
I contenuti irrinunciabili di questo Modulo sono:
  • Dalla relatività galileiana alla relatività ristretta
  • I postulati della relatività ristretta
  • Relatività della simultaneità degli eventi
  • Dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze
  • Evidenze sperimentali degli effetti relativistici
  • Trasformazioni di Lorentz
  • Legge di addizione relativistica delle velocità; limite non relativistico: addizione galileiana delle velocità
  • L’ Invariante relativistico
  • La conservazione della quantità di moto relativistica
  • Massa ed energia in relatività
Le abilità relative ai contenuti di questa Unità Didattica sono:
  • Applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze e saper individuare in quali casi si applica il limite non relativistico
  • Utilizzare le trasformazioni di Lorentz
  • Applicare la legge di addizione relativistica delle velocità
  • Risolvere problemi di cinematica e dinamica relativistica
  • Applicare l’equivalenza massa-energia in situazioni concrete tratte da esempi di decadimenti radioattivi, reazioni di fissione o di fusione nucleare
  • Illustrare come la relatività abbia rivoluzionato i concetti di spazio, tempo, materia e energia
Le competenze settoriali indispensabili del secondo Modulo sono:
  • Saper mostrare, facendo riferimento a esperimenti specifici, i limiti del paradigma classico di spiegazione e interpretazione dei fenomeni e saper argomentare la necessità di una visione relativistica
  • Saper riconoscere il ruolo della relatività in situazioni sperimentali e nelle applicazioni tecnologiche
  • Essere in grado di comprendere e argomentare testi divulgativi e di critica scientifica che trattino il tema della relatività

Modulo C

Unità Didattica: Fisica Quantistica

I Prerequisiti fondamentali del terzo modulo di fisica sono i seguenti:
  • L’esperimento di Rutherford e modello atomico
  • Spettri atomici
  • Interferenza e diffrazione (onde, ottica)
  • Scoperta dell’elettrone
  • Urti classici
I contenuti irrinunciabili di questo Modulo sono:
  • L’emissione di corpo nero e l’ipotesi di Planck
  • L’esperimento di Lenard e la spiegazione di Einstein dell’effetto fotoelettrico
  • L’effetto Compton
  • Modello dell’atomo di Bohr e interpretazione degli spettri atomici
  • L’esperimento di Franck – Hertz.
  • Lunghezza d’onda di De Broglie.
  • Dualismo onda-particella. Limiti di validità della descrizione classica
  • Diffrazione/Interferenza degli elettroni
  • Il principio di indeterminazione
Le abilità relative ai contenuti della Fisica Quantistica sono:
  • Illustrare il modello del corpo nero interpretandone la curva di emissione in base alla legge di distribuzione di Planck
  • Applicare le leggi di Stefan-Boltzmann e di Wien, saperne riconoscere la natura fenomenologica
  • Applicare l’equazione di Einstein dell’effetto fotoelettrico per la risoluzione di esercizi
  • Illustrare e applicare la legge dell’effetto Compton
  • Discutere il dualismo onda-corpuscolo
  • Calcolare le frequenze emesse per transizione dai livelli dell’atomo di Bohr
  • Calcolare la lunghezza d’onda di una particella e confrontarla con la lunghezza d’onda di un oggetto macroscopico
  • Descrivere la condizione di quantizzazione dell’atomo di Bohr usando la relazione di De Broglie
  • Calcolare l’indeterminazione quantistica sulla posizione/quantità di moto di una particella
  • Analizzare esperimenti di interferenza e diffrazione di particelle, illustrando anche formalmente come essi possano essere interpretati a partire dalla relazione di De Broglie sulla base del principio di sovrapposizione
Le competenze settoriali indispensabili di questa Unità Didattica sono:
  • Saper mostrare, facendo riferimento a esperimenti specifici, i limiti del paradigma classico di spiegazione e interpretazione dei fenomeni e saper argomentare la necessità di una visione quantistica
  • Saper riconoscere il ruolo della fisica quantistica in situazioni reali e in applicazioni tecnologiche
  • Essere in grado di comprendere e argomentare testi divulgativi e di critica scientifica che trattino il tema della fisica quantistica

Modulo D

Argomenti e approfondimenti di Fisica Moderna

Ricordiamo che tali argomenti di approfondimento della Fisica Moderna potranno essere oggetto solo della prova orale e della terza prova scritta, ma non della seconda prova scritta.

Contenuti irrinunciabili:

Sarà affrontato lo studio di uno o più argomenti di Fisica Moderna nel campo dell’astrofisica, della cosmologia, delle particelle elementari, dell’energia nucleare, dei semiconduttori, delle micro e nano-tecnologie

Abilità relative ai contenuti della Fisica Moderna:

Saper illustrare almeno un aspetto della ricerca scientifica contemporanea o dello sviluppo della tecnologia o delle problematiche legate alle risorse energetiche

Competenze settoriali:

Saper riconoscere il ruolo della fisica moderna in alcuni aspetti della ricerca scientifica contemporanea o nello sviluppo della tecnologia o nella problematica delle risorse energetiche.

Qui trovi tutte le simulazioni della seconda prova di Fisica per la Maturità. 

Per fortuna c’è Redooc! 

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