Liceo Scientifico Statale A. Volta, Torino Anno scolastico 2015 / 2016

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1 Liceo Scientifico Statale A. Volta, Torino Anno scolastico 2015 / 2016 FISICA ELETTROMAGNETISMO FISICA MODERNA classe 5 B MAG Esercitazione di Fisica in preparazione all Esame di Stato A.S ELETTROSTATICA 1. Elenca e descrivi i tre modi per elettrizzare un corpo. 2. Spiega la differenza tra conduttori ed isolanti. 3. Scrivere e commentare l equazione della legge di Coulomb (nel vuoto e nella materia) indicando inoltre, per ogni variabile, il suo significato e la sua unità di misura. 4. Quattro cariche elettriche uguali (in segno e valore) sono disposte ai vertici di un quadrato. Al centro del quadrato è posta una carica di segno opposto alle altre. Stabilire il valore della forza elettrica agente sulla carica centrale. Eseguire la stessa operazione ponendo al centro una carica dello stesso segno delle altre. 5. Due cariche elettriche di ugual valore Q sono disposte agli estremi di un segmento di lunghezza l e nel suo punto medio è posta una carica q. Stabilire il valore della forza elettrica agente sulla carica centrale. Eseguire la stessa operazione ponendo al centro una carica dello stesso segno delle altre. 6. Descrivere il fenomeno fisico chiamato induzione elettrostatica e il funzionamento dell elettroforo di Volta. 7. Discutere dettagliatamente il fenomeno fisico chiamato polarizzazione degli isolanti. 8. Descrivi le analogie e differenze essenziali tra forza elettrica e forza gravitazionale. 9. Definire la grandezza fisica vettore campo elettrico spiegando il significato di tutte le quantità che compaiono nella definizione. 10. Data la definizione di campo elettrico e l espressione della legge di Coulomb, ricavare la relazione che esprime il modulo del campo elettrico generato da una carica puntiforme. Spiegare il significato di ogni variabile e delle unità di misura. 11. Definire la grandezza fisica vettore campo elettrico spiegando il significato di tutte le quantità che compaiono nella definizione. 12. Data la definizione di campo elettrico e l'espressione della legge di Coulomb, ricavare la relazione che esprime il modulo del campo elettrico generato da una carica puntiforme. Spiegare il significato di ogni variabile e delle unità di misura. 13. Qual è la definizione di flusso del campo elettrico attraverso una superficie? Fornire la definizione analitica, indicando il significato delle grandezze presenti e la loro unità di misura. 14. Che cosa sono le linee di campo del vettore campo elettrico? Che cosa permettono di studiare? 15. Enunciare il teorema di Gauss per il campo elettrico spiegando chiaramente il significato di tutte le quantità che compaiono nella definizione. 16. Descrivere il campo elettrico generato da una distribuzione piana infinita di carica in prossimità della superficie stessa. 17. Descrivere il campo elettrico generato all'esterno e all'interno di una distribuzione sferica di carica. 18. Dopo aver dato la definizione di campo elettrico, dimostrare che la direzione e il verso del campo elettrico in un punto dello spazio non dipende dalla carica esploratrice posta in quel punto. 19. Ai vertici di un quadrato sono poste quattro cariche elettriche identiche. Determina il campo elettrico risultante al centro del quadrato e motiva la risposta. 20. Definire l'energia potenziale elettrica di due cariche puntiformi poste a distanza r spiegando chiaramente il significato di tutte le quantità che compaiono nella definizione. Domande elettromagnetismo + FISICA MODERNA Pagina 1 di 5

2 21. Come si definisce il potenziale elettrico? Si tratta di una grandezza scalare o vettoriale? Indicare le unità di misura che compaiono nell'espressione analitica. 22. Quattro cariche elettriche uguali (in segno e valore) sono disposte ai vertici di un quadrato di diagonale d. Stabilire il valore del campo elettrico e del potenziale elettrico al centro del quadrato, definendo inoltre entrambe queste grandezze fisiche. Giustificare eventualmente la risposta anche graficamente. 23. Che cosa si intende con il termine circuitazione di un campo vettoriale e quando questo campo si dice conservativo? Qual è l'espressione della circuitazione del campo elettrico? 24. Cos'è una superficie equipotenziale? 29. Cosa si intende con il termine equilibrio elettrostatico? Descrivere il campo elettrico ed il potenziale in un conduttore in equilibrio elettrostatico. 30. Che cos'è e a cosa serve un condensatore? Come si definisce la sua capacità? Qual è la sua unità di misura? 31. Come si può realizzare un condensatore piano? Definire la sua capacità descrivendo ogni grandezza che compare nell'espressione analitica. Quanto vale il campo elettrico all'interno del condensatore? 32. Descrivere come può avvenire la connessione di più condensatori. Qual è la capacità equivalente nei vari casi? 33. Descrivere come viene immagazzinata l'energia in un condensatore. Scriverne l'espressione analitica e definire tutte le grandezze che compaiono in essa. In che modo varia l'energia al crescere del potenziale tra le armature? ELETTRODINAMICA 34. Cosa si intende per corrente elettrica continua? Come viene definita la sua unità di misura nel Sistema Internazionale? 35. Cos è un generatore ideale di tensione? In cosa si differenzia rispetto ad un generatore reale di tensione? 36. Enunciare la prima legge di Ohm, indicando il significato e l unità di misura di ogni grandezza. 37. Enunciare le due leggi di Kirchhoff. 38. Cosa si intende con il termine resistenza equivalente? Fornire anche degli esempi. 39. Descrivere come può avvenire la connessione di più resistenze. Quanto vale la resistenza equivalente nei vari casi? Si ottiene una resistenza maggiore collegando quattro resistenze della stesso valore in serie o in parallelo? 40. Definire la potenza elettrica sviluppata in un conduttore qualsiasi. Come varia l espressione analitica se il conduttore è di tipo ohmico con resistenza R? Quali sono le principali unità di misura della potenza e dell energia elettrica? 41. Descrivere l effetto Joule. 42. Come viene definita la forza elettromotrice di un generatore di tensione? Perché la d.d.p. fra i poli di un generatore è diversa a seconda che il circuito cui è collegato sia chiuso oppure aperto? Enuncia la seconda legge di Ohm, specificando le unità di misura di tutte le grandezze che compaiono nella formula. 45. Definisci la resistività di una filo metallico e illustra come varia tale grandezza in funzione della temperatura. Domande elettromagnetismo + FISICA MODERNA Pagina 2 di 5

3 ELETTROMAGNETISMO 46. In che modo si può generare un campo magnetico? Qual è la sua unità di misura? Descrivi le linee di forza di un campo magnetico prodotto da un magnete naturale indicandone direzione e verso. 47. Illustra l'esperienza di Oersted. A quali conclusioni permette di giungere? 48. Illustra l'esperienza di Faraday, eventualmente anche graficamente. 49. Illustra l'esperienza di Ampère e commenta l'espressione analitica alla quale si giunge, specificando anche l'unità di misura di ogni grandezza coinvolta. 50. L'ampère, unità di misura della corrente nel Sistema Internazionale, è definito utilizzando fenomeni di tipo magnetico. Quali sono questi fenomeni? In che modo sono collegati alla definizione dell'ampère? 51. Commenta le espressioni analitiche che permettono di quantificare il campo magnetico di un filo, una spira e un solenoide percorsi da corrente. 52. Descrivi il funzionamento dell'amperometro. Con quali accortezze deve essere inserito in un circuito elettrico? 53. Descrivi il funzionamento del voltmetro. Con quali accortezze deve essere inserito in un circuito elettrico? 54. Esponi la regola della mano destra e spiega come la si può applicare per la determinazione della forza agente su un filo percorso da corrente e immerso in un campo magnetico. 55. Utilizzando il concetto di forza di Lorentz descrivi come un campo magnetico influenza il moto di una carica elettrica. 56. Commenta l espressione analitica che consente di determinare il raggio della traiettoria circolare descritta da una carica puntiforme che entra in un campo magnetico uniforme in direzione perpendicolare al campo stesso. 57. Dimostra le espressioni analitiche che permettono di calcolare il raggio dell orbita e il periodo della traiettoria circolare descritta da una carica puntiforme che entra in un campo magnetico uniforme in direzione perpendicolare al campo stesso. 58. Che cosa afferma il Teorema di Gauss per il magnetismo? 59. In che modo vengono definiti il flusso e la circuitazione di campo magnetico? In che cosa si differenziano rispetto alle analoghe grandezze relative al campo elettrostatico? 60. Che cosa si intende con i termini permeabilità magnetica assoluta e permeabilità magnetica relativa? 61. Che cos è una corrente indotta? 62. Che cosa afferma la legge di Faraday-Neumann? 63. Che cosa afferma la legge di Lenz? In quale modo si ricollega alla legge di Faraday-Neumann? 64. Descrivi il fenomeno dell autoinduzione. EQUAZIONI DI MAXWELL 8. Scrivi e commenta le equazioni di Maxwell. 9. Riassumi le caratteristiche più importanti relative alle onde elettromagnetiche. 10. Descrivi le onde radio. Quale parte dello spettro elettromagnetico occupano e quali sono le loro caratteristiche principali? 11. Descrivi le microonde e alcune loro applicazioni. RELATIVITA RISTRETTA - Tramite il fattore di Lorentz (data la velocità v del sistema) calcolo del valore della: o dilatazione del tempo Domande elettromagnetismo + FISICA MODERNA Pagina 3 di 5

4 o contrazione delle lunghezze o massa relativistica - Grafico del fattore di Lorentz in funzione di v (pag.1137) e relativo commento7 - Equazione di Einstein 12. Enuncia e commenta i postulati proposti da Einstein sulla relatività ristretta 13. Che cosa si intende con l espressione intervallo di tempo proprio? 14. Illustra in che modo è possibile dimostrare l esistenza del fenomeno noto come contrazione delle lunghezze. 15. Descrivi il paradosso dei gemelli. 16. Che cosa s intende con l espressione lunghezza propria? In che cosa consiste l effetto Doppler relativistico? 19. Illustra l equivalenza relativistica tra massa e energia. DALLA FISICA CLASSICA ALLA QUANTIZZAZIONE - Applicazioni della Legge di Stefan-Boltzmann e dello spostamento di Wien - Calcolo dell energia associata ad un fotone di frequenza data - Calcolo dell energia di un elettrone emesso tramite l effetto fotoelettrico. - Effetto Compton: variazione della lunghezza d onda 29. Che cosa s intende con l espressione corpo nero? 30. Quali sono le leggi che mettono in relazione la temperatura di un corpo nero alla massima lunghezza d onda emessa? 31. Che cosa s intende con il termine quanto d energia? 32. Quali contraddizioni tra dati sperimentali e modelli analitici risolve l ipotesi dei quanti di Planck? 33. Descrivi l effetto fotoelettrico e la giustificazione proposta da Einstein di tale effetto. 34. Descrivi l effetto Compton. Per quale motivo è importante nell ambito della teoria quantistica? LA TEORIA QUANTISTICA - Calcolo della lunghezza d onda di de Broglie - principio d indeterminazione di Heisenberg 35. Descrivi l ipotesi di de Broglie e commenta la lunghezza d onda che porta il suo nome. 36. Discuti il concetto di dualità onda-particella della materia alla luce Descrivi l esperimento della doppia fenditura utilizzato per studiare il comportamento dell elettroneonda. 41. Enuncia il principio d indeterminazione di Heisenberg indicando chiaramente il significato di tutte le grandezze coinvolte. 42. Illustra le principali differenze tra la visione classica e quella quantistica riguardo all analisi dei fenomeni fisici. Domande elettromagnetismo + FISICA MODERNA Pagina 4 di 5

5 CONTRIBUTI TEORICI ED APPROFONDIMENTI Campo elettrico (Davide Contini) Campo magnetico di una spira (Cristian Manzoni) Campo magnetico di una spira (Cristian Manzoni) Campo magnetico e teorema di Gauss - parte2 (Davide Contini) Carica elettrica e forza di Coulomb (Davide Contini) Corrente di spostamento (Davide Contini) Dualismo onda particella (Caterina Vozzi) Equazioni di Maxwell (Caterina Vozzi) Introduzione all'elettromagnetismo (Davide Contini) Linee di forza (Davide Contini) Materiali magnetici (Davide Contini) Onde elettromagnetiche (Caterina Vozzi) Polarizzazione (Caterina Vozzi) Principio di indeterminazione (Caterina Vozzi) Spettro elettromagnetico (Caterina Vozzi) Teorema di Ampere (Davide Contini) Teorema di Gauss (Davide Contini) Filosofia -- Einstein e la relatività -- Piergiorgio Odifreddi Sistemi di riferimento 1_2 PSSC Sistemi di riferimento 2_2 PSSC Introduzione alla fisica moderna (Caterina Vozzi) Corpo nero (Caterina Vozzi) Effetto fotoelettrico (Caterina Vozzi) Diffrazione (Caterina Vozzi) Struttura dell'atomo (Caterina Vozzi) Carlo Rubbia_ Fisica delle particelle, La meccanica classica e la meccanica quantistica Effetto Compton Introduzione Alla Fisica Moderna 0 Introduzione Alla Fisica Moderna 1 MODELLI ATOMICI Teorie atomiche Domande elettromagnetismo + FISICA MODERNA Pagina 5 di 5