Insegnamento FISICA SPERIMENTALE E APPLICAZIONI DIDATTICHE
| Nome del corso di laurea | Scienze della formazione primaria |
|---|---|
| Codice insegnamento | A000610 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Silvia Corezzi |
| CFU | 9 |
| Regolamento | Coorte 2017 |
| Erogato | Erogato nel 2019/20 |
| Erogato altro regolamento | |
| Anno | 3 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa integrata |
| Suddivisione |
FISICA SPERIMENTALE E APPLICAZIONI DIDATTICHE
| Codice | A000612 |
|---|---|
| CFU | 8 |
| Docente responsabile | Silvia Corezzi |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Discipline fisiche |
| Settore | FIS/01 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | 1) Introduzione allo studio della fisica 2) Introduzione all'analisi degli errori nella misura di grandezze fisiche 3) Elementi di meccanica: cinematica e dinamica del punto materiale 4) Elementi di elettrostatica 5) Fluidi statici e in movimento |
| Testi di riferimento | - D. Halliday, R. Resnik, K.S. Krane,” Fondamenti di Fisica”, Casa Editrice Ambrosiana - John. R. Taylor, “Introduzione all’analisi degli errori: Los studio delle incertezze nelle misure fisiche”, Editore Zanichelli |
| Obiettivi formativi | Il Corso di FISICA SPERIMENTALE ED APPLICAZIONI DIDATTICHE si prefigge di sviluppare competenze scientifiche di base, fornendo agli studenti: (1) i principi generali della fisica necessari alla comprensione dei principali fenomeni osservabili a livello sia macroscopico che microscopico nel mondo che ci circonda; (2) le basi di conoscenza per applicare in modo consapevole il metodo scientifico alle attività sperimentali affrontate durante l’attività didattica nella scuola primaria. Le principali conoscenze acquisite saranno: (1) le leggi fondamentali che regolano il moto dei corpi, i fenomeni elettrici, e il comportamento dei fluidi. (2) i principi su cui si basa la stima delle incertezze nella misura di grandezze fisiche. Le lezioni forniscono le basi teoriche relative agli argomenti trattati, e saranno affiancate da esercizi numerici e concettuali proposti in aula. L’attività di laboratorio permetterà di esercitare le competenze acquisite. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: (1) capacità di risolvere esercizi numerici e concettuali, identificando autonomamente le migliori strategie di soluzione; (2) acquisizione della manualità necessaria per le valutazioni numeriche; (3) superamento dell'apprendimento nozionistico delle informazioni; sviluppo della capacità di ragionamento logico; capacità di sviluppare collegamenti e ragionamenti autonomi utili alla realizzazione di attività pratiche nel contesto educativo della scuola primaria. |
| Prerequisiti | Pre-requisiti essenziali: (1) nozioni di base di algebra e geometria; (2) manipolazione delle espressioni numeriche e letterali; (3) capacità di comprensione del testo. |
| Metodi didattici | Il corso di FISICA SPERIMENTALE ED APPLICAZIONI DIDATTICHE si compone di un modulo di teoria di 8 CFU svolto con lezioni frontali in aula, e un modulo di 1 CFU di laboratorio didattico. Relativamente al modulo di teoria, per permettere agli studenti di apprendere la metodologia di risoluzione di specifici problemi, vengono proposti in aula esercizi risolti dal docente coinvolgendo gli studenti nella ricerca della corretta strategia risolutiva e nella procedura di esecuzione dei calcoli. Sulla piattaforma Unistudium verranno rese disponibili brevi dispense preparate dal docente. Potranno inoltre essere scaricate raccolte di esercizi relative alle varie parti del programma, comprensive di esercizi svolti con spiegazione dettagliata del procedimento risolutivo e richiamo alle nozioni teoriche impartite durante le lezioni in aula. |
| Altre informazioni | La frequenza delle lezioni è facoltativa ma fortemente consigliata. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame finale di FISICA SPERIMENTALE ED APPLICAZIONI DIDATTICHE si compone di due prove parziali, una di teoria e l'altra di laboratorio. Il voto d'esame è unico ed è dato per 2/3 dalla prova di teoria e per 1/3 dalla prova di laboratorio. La prova parziale di teoria è una verifica scritta. Essa consiste nella risoluzione di 20-30 esercizi, di cui circa un terzo di carattere concettuale/teorico e circa due terzi di carattere numerico, con risposte a scelta fra 6 possibili, delle quali sono una è quella corretta. Gli argomenti degli esercizi coprono l'intero programma del corso. La risposta ad ogni quesito viene accettata solo se lo studente ha lasciato traccia (nello spazio bianco messo a disposizione sotto al testo di ciascun esercizio) del modo in cui è riuscito ad individuare la risposta corretta. Ad ogni esercizio è associato lo stesso punteggio. Le risposte sbagliate sono valutate con punteggio nullo. La prova si intende superata se il punteggio totale ottenuto è non inferiore a 18/30. Durante la prova scritta è consentito usare solo il foglio contenente il testo dell'esame, gli strumenti di scrittura, e la calcolatrice scientifica. Non è consentito l'utilizzo di telefoni cellulari, appunti, libri di testo o qualunque altra fonte informativa (cartacea, telematica, elettronica, multimediale o simili) o il ricorso a forme di assistenza o a comunicazioni interpersonali. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visitare la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | - INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLA FISICA Il metodo scientifico. La misura in fisica. Il Sistema Internazionale (SI) delle unità di misura. Multipli e sottomultipli. Analisi dimensionale. - INTRODUZIONE ALL'ANALISI DEGLI ERRORI La misura e l’inevitabilità degli errori. Metodi di misura: misure dirette e indirette. Tipi di errore sperimentale: incertezza da risoluzione strumentale, errori casuali ed errori sistematici. Come rappresentare ed utilizzare gli errori: notazione; cifre significative; errore relativo; precisione. La stima degli errori nella lettura di scale. La stima degli errori nelle misure ripetibili. Analisi statistica degli errori casuali: valore medio come migliore stima del "valore vero" di una grandezza misurata; deviazione standard dalla media come migliore stima dell’incertezza della singola misura; deviazione standard della media (errore standard) come migliore stima dell’incertezza del valore medio, con livello di confidenza del 68%. Distribuzione Gaussiana intorno al valore medio di misure ripetute nel caso di errori casuali ed indipendenti. La propagazione degli errori: somme e differenze; prodotti e quozienti; prodotto per una quantità nota; elevamento a potenza. - I VETTORI E LE OPERAZIONI SUI VETTORI Grandezze scalari e grandezze vettoriali in fisica. Rappresentazione grafica di un vettore. Identificazione di un vettore mediante le sue componenti rispetto a un sistema di riferimento cartesiano. Il concetto di versore. La scomposizione di un vettore in vettori componenti. Elementi di calcolo vettoriale: somma di vettori, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare. - CINEMATICA: COME SI MUOVONO LE COSE? Il concetto di moto. Il concetto di traiettoria. Le grandezze cinematiche fondamentali: vettore posizione, vettore velocità (velocità media e velocità istantanea), vettore accelerazione (accelerazione tangenziale e accelerazione centripeta). Il moto nel piano come composizione di moti rettilinei sugli assi del sistema di riferimento cartesiano scelto per la descrizione del moto. La cinematica del moto rettilineo: legge oraria e diagramma orario. La cinematica di alcuni moti rettilinei particolari: il moto rettilineo uniforme e il moto rettilineo uniformemente accelerato. Rappresentazione grafica delle leggi del moto rettilineo. Esempio di moto uniformemente accelerato verso il basso: il moto di caduta libera di un corpo in prossimità della superficie terrestre. Il moto circolare: descrizione del moto circolare mediante la posizione angolare. Moto circolare uniforme: accelerazione centripeta e periodo del moto. - DINAMICA: PERCHE' SI MUOVONO LE COSE? Il concetto di forza. Le leggi della dinamica: il principio di inerzia; la massa inerziale e la legge di Newton; il principio di azione e reazione. Principio di sovrapposizione (o principio di indipendenza delle azioni simultanee). Riconoscere e descrivere le forze: forza gravitazionale e forza peso; forze di reazione vincolare (tensione di un filo; reazione normale di un piano di appoggio e la “sensazione di peso”); forze di attrito: statico, dinamico, e viscoso; forza elastica; forza elettrostatica (legge di Coulomb). Alcuni casi di studio: Moto lungo un piano inclinato liscio e con attrito statico e dinamico. Cenni sul moto del pendolo semplice: il periodo delle piccole oscillazioni. Cenni sul moto di un corpo soggetto ad una forza elastica unidimensionale: periodo delle oscillazioni elastiche. - LAVORO ED ENERGIA Definizione di lavoro: (i) lavoro infinitesimo compiuto da una forza in corrispondenza di uno spostamento infinitesimo del corpo su cui agisce; (ii) lavoro compiuto da una forza in corrispondenza di uno spostamento finito del corpo su cui agisce. Rapidità con cui una forza compie lavoro: il concetto di potenza. Calcolo del lavoro compiuto da alcune forze: forza peso, forza elastica, forza di attrito dinamico, reazione normale sviluppata da un piano di appoggio, tensione del filo in un pendolo semplice, forza gravitazionale, forza elettrostatica. Il concetto di energia potenziale: espressione dell'energia potenziale relativa alla forza peso e alla forza elastica; espressione dell’energia potenziale gravitazionale e dell’energia potenziale elettrostatica. Definizione di energia cinetica. Teorema dell'energia cinetica. Forze conservative e forze dissipative. Definizione di energia meccanica. Teorema di conservazione dell'energia meccanica. - LA FORZA ELETTRICA La carica elettrica. Struttura elettrica della materia a livello microscopico. Materiali conduttori e materiali isolanti (dielettrici). Quantizzazione della carica elettrica e carica elettrica elementare. Principio di conservazione della carica elettrica. Principio di sovrapposizione (la forza elettrostatica è additiva). Conservatività della forza elettrostatica ed energia potenziale elettrica. Il concetto di campo elettrico come ente di mediazione dell'azione a distanza fra cariche elettriche, e linee di campo come utile rappresentazione grafica dell'andamento del campo nello spazio. Il concetto di potenziale elettrico. Alcuni casi particolari di campo e potenziale elettrico: 1) Campo e potenziale elettrico generato da una singola carica puntiforme e da un insieme discreto di cariche puntiformi. 2) Campo e potenziale elettrico generato da un piano infinito uniformemente carico. 3) Campo e potenziale elettrico generato da un guscio sferico uniformemente carico. 4) Campo e potenziale elettrico generato da una sfera uniformemente carica. Applicazione del principio di sovrapposizione: determinazione del campo elettrico prodotto da un doppio strato uniformemente carico con cariche di segno opposto o di uguale segno. Applicazione del teorema di conservazione dell’energia: moto di una particella carica in un campo elettrostatico. La conduzione elettrica nei materiali conduttori. Il concetto di velocità di deriva. Intensità di corrente. Resistenza di un conduttore e legge di Ohm della conduzione elettrica. Potenza dissipata da una corrente elettrica attraverso una resistenza ed effetto Joule. - I FLUIDI Cos'è un fluido. Definizione di densità e pressione. Fluidi a riposo: variazione della pressione con la profondità e con l'altezza (legge di Stevino); principio di Archimede e galleggiamento. Fluidi in movimento: equazione di continuità; equazione di Bernoulli. |
LABORATORIO DI FISICA
| Codice | A000613 |
|---|---|
| CFU | 1 |
| Docente responsabile | Sara Palmerini |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Discipline fisiche |
| Settore | FIS/01 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |