Física

 

La física com a ciència construeix models explicatius del comportament de la matèria, la seva estructura i les seves transformacions, des de l’escala més petita a la més gran, passant per les intermèdies, és a dir, des dels quarks, electrons, protons, nuclis, àtoms, xarxes cristal·lines entre altres, fins a les estrelles, galàxies i el propi univers.

 

La matèria de física té un caràcter formatiu i preparatori, el seu estudi ha de promoure en l’alumnat l’interès per cercar respostes científiques amb coherència amb els aprenentatges realitzats a l’etapa anterior i també ha d’incloure aspectes com les complexes interaccions entre física, tecnologia, societat i ambient i contribuir a que l’alumnat s’apropiï de les competències que suposen la familiarització amb la naturalesa de l’activitat científica i tecnològica.

 

Com les altres disciplines científiques, la física constitueix un element fonamental de la cultura del nostre temps, que inclou també els coneixements científics i les seves implicacions. Així mateix, el currículum de física ha d’incloure els continguts que permetin abordar amb èxit estudis posteriors, donat que la  física és una matèria que forma part dels estudis universitaris de caire científic i tècnic i és necessària per una ampli nombre de famílies professionals que estan presents en la formació professional de grau superior.

 

La física del batxillerat ha de proporcionar una visió àmplia dels coneixements, dels instruments i de les possibilitats que la física utilitza en el segle XXI i ha de donar també les eines que ajudin a l’alumnat a interpretar els fenòmens físics de manera que siguin capaços d’aplicar els coneixements adquirits en situacions diferents a les estudiades a classe i en contextos diferents de l’acadèmic.

 

Els estudiants han de poder establir relacions  entre la física i l’entorn: cal evidenciar la presencia de la física en tota mena de contextos, i seleccionar els continguts de tal manera que desenvolupin les competències que aplicaran en situacions i contextos diversos amb la finalitat que facin seves  les eines que  es fan servir actualment en el treball científic i que tinguin idees sobre els problemes que es plateja aquesta disciplina.

 

Competències específiques de la matèria.

 

Les competències específiques de la física  són essencialment tres: la competència en indagació, competència en la reflexió sobre la naturalesa de la ciència; i competència en  comprensió i capacitat d’actuar sobre el món físic.

 

La indagació implica la capacitat de portar a terme una investigació en el context de la ciència escolar, tot adquirint les habilitats necessàries, tals com: identificar problemes; generar qüestions susceptibles de ser investigades; dissenyar i realitzar investigacions; enregistrar i analitzar dades; treure conclusions; elaborar, comunicar i defensar hipòtesis, models i explicacions; fer prediccions a partir dels models; examinar les limitacions de les explicacions científiques; i argumentar la validesa d’explicacions alternatives en relació a les evidències experimentals.

 

L’apropiació sobre la naturalesa de la ciència suposa que l’alumnat ha de desenvolupar alhora una comprensió epistemològica de la naturalesa de la ciència i de la construcció del coneixement científic. És important comprendre que la ciència es distingeix d’altres formes de coneixement per l’elaboració de models i per l’ús de mètodes empírics, d’arguments lògics i de l’escepticisme com actitud, per contrastar les hipòtesis i validar els models i teories proposats. Amb aquesta metodologia els científics s’esforcen en arribar a les millors explicacions possibles sobre el món real. Com que l’acceptació de les idees científiques depèn de la contrastació experimental i observacional, i de la coherència amb altres idees que constitueixen les teories acceptades, el coneixement científic és, en principi, susceptible de ser revisat i canviat si es troben noves evidències que no encaixen en les teories vigents. Cal considerar també els processos socials i els contextos que condicionen la manera en què el coneixement científic és obtingut, comunicat, representat i argumentat en la comunitat científica i divulgat a la societat. Aquesta comprensió és molt important per tal que els estudiants puguin discernir entre el que és i el que no és ciència (distingir entre ciència i pseudociència). 

 

La comprensió i capacitat d’actuar sobre el món físic implica apropiar-se dels conceptes fonamentals, dels models i dels principis de la ciència no només per utilitzar-los en explicacions argumentades, prediccions i donar compte dels fets observats, sinó per prendre decisions informades de com fer ús responsable dels recursos naturals, tenir cura del medi, hàbits de vida saludables i un consum racional i responsable. Contribució de la matèria a les competències del batxillerat

 

Contribució de la matèria a les competències del batxillerat

 

La formació de l’alumnat en els continguts de la matèria de física contribueix a l’assoliment de les competències genèriques del batxillerat de la manera que es detalla a continuació.

 

Competència comunicativa. Aprendre a comunicar ciència significa descriure fets i fenòmens, explicar-los i exposar-los, justificar-los i argumentar-los utilitzant els models científics existents, la qual cosa requereix l’ús de diferents tipologies de llenguatge  i formes de comunicació. La física contribueix a aquesta competència aportant el coneixement del llenguatge de la ciència en general i de la física en particular, que és indissociable al del propi coneixement científic. En el desenvolupament d’aquesta competència ha de jugar un paper important la interacció i el diàleg entre iguals i amb el professor per tal d’argumentar les idees amb la utilització del llenguatge adient i els diversos  sistemes de comunicació.

 

Competència de recerca. La recerca és part intrínseca de qualsevol matèria científica, de la seva construcció, dels seus avenços i desenvolupament i ha de ser-ho del seu aprenentatge.  La física a través  de la utilització dels mètodes i tècniques que li són propis: (identificar preguntes i problemes que es poden respondre a partir de la investigació científica, formular una hipòtesi sobre un fenomen susceptible de produir-se o de ser produït,  dissenyar i realitzar experiments per a obtenir la resposta a problemes que es plantegin, analitzar els resultats experimentals i confrontar-los amb els teòrics, comunicar els resultats basant-se en les evidències i les teories) contribueix a aquesta competència.

 

Competència de gestió i tractament de la informació. Obtenir informació de temes relacionats amb la Física a través de diferents fonts i molt especialment a través d’ Internet està a l’abast dels nostres alumnes. Cal treballar la capacitat per a seleccionar i analitzar aquesta informació amb criteris de qualitat incloent els propis de la Física, recollir dades, transformar-les en gràfics, taules, etc, així com comunicar les idees de manera convincent, concisa, unívoca, utilitzant tot tipus de suports. 

 

Competència digital. Aquesta competència està molt relacionada amb l’anterior pel que fa a la necessitat de trobar, avaluar, seleccionar i sintetitzar informació d’una manera crítica, tenint en compte els coneixements adquirits a través de la Física. La nostra matèria dóna capacitació tècnica sobre el funcionament d’alguna part del maquinari com, per exemple,  els sensors de captació de dades i alguns programes com ara els de modelització de fenòmens, de simulació, fulls de càlcul, etc.

 

Competència personal i interpersonal. L’aprenentatge de la ciència en general i la física, en particular, comporta ser capaç de plantejar-se problemes rellevants i de donar-hi respostes sovint provisionals i sotmeses a l’autocrítica . Aquesta matèria necessita posar en pràctica un pensament divergent i creatiu, assumir que l’error forma part de l’aprenentatge i mantenir l’autoestima, autoexigència i perseverança davant de les dificultats. Al mateix temps, es posa en acció en el marc de projectes de treball sovint col·lectius que comporten tenir iniciatives, organitzar-se de manera efectiva, negociar i prendre decisions, etc. L’exercici de la ciutadania activa necessita tenir coneixement del camp de la Física en temes relacionats amb la investigació bàsica,  la gestió de l’energia, la contaminació del planeta, el canvi climàtic, la bioenginyeria, la investigació espacial, etc.

 

Competència de coneixement i interacció amb el món. Aquesta competència està especialment  vinculada amb la física, ja que implica: l’apropiació dels conceptes fonamentals, dels models i dels principis de la física, per tal de poder avaluar-ne l’abast i els límits,  per utilitzar-los en les explicacions argumentades o en les prediccions i per donar compte dels fets observats; l’aplicació del coneixement integrat  dels models i procediments de la física a situacions, familiars i no, i la valoració de les implicacions ètiques, socials, econòmiques, tecnològiques i ambientals: l’esperit crític en l’observació de la realitat, contrastant la informació de l’àmbit de la física amb informacions d’altres contextos, valorant la diferència entre el coneixement científic i altres formes de coneixement i la comprensió de la contribució que, al llarg de la història, la física ha fet a l’explicació del món i la manera com ha influït en la cultura i el pensament.

 

Estructura dels continguts

 

Els continguts seleccionats s’han distribuït al llarg dels dos cursos de batxillerat a partir de consideracions sobre la lògica de la matèria la complexitat matemàtica i el nivell d’abstracció, que han de seguir una progressió.  S’ha assignat al primer curs i a segon cinc blocs de continguts a cadascun.

 

A primer curs:

Imatges

El moviment

L’univers mecànic

L’ energia

El corrent elèctric

 

Segon curs: 

Les ones i el so

Planetes i satèl·lits

La nova imatge de l’univers

Màquines electromagnètiques

El camp elèctric

 

S’han inclòs de manera explícita continguts associats a les activitats pràctiques, a l’ús de les noves tecnologies i a les competències comunicatives, dins dels diferents blocs de continguts.

 

L’ordre en el que es presentaran els continguts dins de cada curs no ha de coincidir necessàriament amb l’ordre en el que apareixen en aquest currículum; poden per exemple presentar-se en unitats basades en els contextos que combinin continguts de diferents blocs dels aquí presentats o en altres criteris.

 

Connexió amb altres matèries.

Els continguts de la física estableixen relacions  amb les altres matèries que els alumnes estan cursant en el mateix moment :

La comunicació i l’argumentació de dades i idees oralment i per escrit i la lectura crítica de textos científics, en la llengua pròpia o en llengües estrangeres estan relacionades  amb els continguts de llengües.

El llenguatge i els recursos matemàtics són imprescindibles en una física a nivell de batxillerat, en particular pel que fa a la resolució d’equacions, la trigonometria bàsica, la notació científica, els vectors, les gràfiques de les funcions més habituals i les derivades aplicades a funcions senzilles.

 

Les ciències per al món contemporani, la química, la biologia, l’electroctècnia i les ciències de la Terra i el medi ambient comparteixen part del llenguatge, la metodologia  i els conceptes amb la física, així  l’anàlisi de problemes científics,  les idees sobre conservació i degradació de l’energia, l’estructura atòmica i les propietats ondulatòries dels electrons, el sistema solar, l’estructura i l’origen de l’univers, els camps elèctrics i magnètics,  les radiacions electromagnètiques i el seu espectre, les propietats de les càrregues i els corrents elèctrics, les màquines elèctriques,  les magnituds i les seves unitats, el treball de laboratori i els instruments que s’utilitzen.

 

També han d’assenyalar-se les relacions ciència-tecnologia que vinculen la  tecnologia industrial i la física, especialment en el que es refereix a l’energia i el corrent elèctric i en la valoració contribució i limitacions de la ciència i la tecnologia al món actual.

 

Els aspectes ètics, el pensament crític,  i la vinculació entre les revolucions científiques i la història del pensament estableixen ponts entre la física i la filosofia i ciutadania, la història de la filosofia i la història.

 

Més  temes amb relació amb altres matèries , sense ànims de ser exhaustius, són la síntesi additiva i subtractiva del color ( dibuix artístic) o les propietats del so ( anàlisi musical).

 

Consideracions sobre el desenvolupament del currículum

 

Alguns aspectes que cal destacar i  potenciar  en el currículum de física són:

 

El caire experimental.  Les activitats experimentals són una part essencial de la matèria i en la seva presencia ha de ser rellevant.  Els estudiants han d’assolir capacitats com ara: formular una hipòtesi sobre un fenomen susceptible de produir-se o de ser produït,  dissenyar i realitzar experiments per a obtenir la resposta a problemes que es o se’ls plantegin, analitzar els resultats experimentals i confrontar-los amb els teòrics, comunicar els resultats basant-se en les evidències i les teories.  Aquests continguts estan integrats en el nucli del currículum.

 

La relació entre les teories i els experiments. El desenvolupament de les ciències es un diàleg entre  l’observació i l’experimentació d’una banda i la conceptualització i la modelització de l’altra. En l’observació d’un fenomen són molt importants les representacions mentals que ens fem de la realitat observada. Aquestes representacions són  útils indispensables per entendre el comportament d’un sistema. Les fases de qüestionament són els moments en les quals les imatges mentals dels alumnes són reelaborades, a través d’un procés de confrontació entre les seves hipòtesis i els experiments. La formalització ajuda a la formació de les imatges mentals. La modelització d’un sistema, a través de l’elecció dels paràmetres pertinents, procedeix d’aquesta reconstrucció de lo real pel pensament. Aquesta modelització precedeix a la formalització matemàtica , s’ha de recolzar sobre una descripció de la situació física amb l’ajuda de la llengua natural. El resultat de l’anàlisi matemàtic ha de ser sempre traduït a la llengua natural.

 

Els instruments i les tecnologies de la informació i la comunicació (TIC). La  investigació i el treball científic i tècnic disposen d’instruments per a la captació de tota mena de dades per a l’exploració de sons i imatges, per a l’anàlisi dels fets que avui són utilitzats pels científics de manera sistemàtica. Internet pot subministrar una gran quantitat d’informació rellevant per tal d’explicar o fonamentar un determinat fenomen o comprendre una teoria. Les simulacions informàtiques troben aplicacions en tots els camps científics i tenen alhora grans possibilitats didàctiques . Cal utilitzar en diferents objectius i contextos  aquestes  tecnologies.

 

La comunicació i l’argumentació. Els alumnes han d’argumentar els resultats generals i els que aconsegueixin a partir de les evidències obtingudes del treball experimental propi i d’altres, utilitzant els models científics disponibles, i també

analitzar i presentar les dades mitjançant taules, gràfics, imatges, esquemes i presentacions de tota mena. Adoptar decisions, basades en les evidències i les teories científiques.

 

La contextualització. La física ha aconseguit resoldre multitud de problemes des de qüestions molt concretes fins a desafiaments per a tota la humanitat i segueix aplicant-se de manera sistemàtica en situacions quotidianes i professionals  de tot tipus. Una física amb sentit per als estudiants ha de mostrar-se des del principi, vinculada a les seves  aplicacions i a la seva relació amb els problemes que ajuda a resoldre.

 

Les  matemàtiques com a eina essencial. Els estudiants han d’habituar-se al treball amb eines matemàtiques útils a la física i reconèixer la naturalesa quantitativa de la disciplina, veient com la transcripció al llenguatge de les matemàtiques dels fenòmens naturals potencia enormement les seves possibilitats.

 

Naturalesa de la ciència. El coneixement científic  implica tant el coneixement de les ciències com el coneixement sobre les ciències. Aquesta segona part suposa  comprendre la naturalesa de la ciència com a activitat humana, així com el poder i les limitacions del coneixement científic.  Els alumnes han de ser capaços de identificar preguntes que es puguin respondre a través de la recerca científica, distingir explicacions científiques d’aquelles que no ho són. Això requereix coneixement sobre la naturalesa de les ciències a més de coneixements científics sobre els temes. 

 

Les aportacions de la física a la visió del món. La física de partícules, el big bang, l’equivalència massa-energia, la dualitat ona-partícula o el principi d’indeterminació han de ser incorporats, ni que sigui a un nivell molt elemental, a les idees que els estudiants posseeixin.

 

La metodologia ha de basar-se en la realització d’activitats científiques per part de l’alumne/a. Una activitat científica parteix d’un context problemàtic comprensible en el qual es planteja un objectiu que pot ser un  problema a resoldre. Per assolir l’objectiu cal realitzar un conjunt d’accions , de manera que cada acció pot constituir una subactivitat. A l’activitat hi ha una part orientadora (establir condicions i objectius, estratègies i operacions), una part executora i una part reguladora en comparar els resultats obtinguts amb els previstos.

 

OBJECTIUS

La matèria de física  del batxillerat té com a finalitat el desenvolupament de les capacitats següents:

 

1.      Comprendre i aplicar els conceptes, lleis, teories i models més importants de la física, així com les estratègies que s’utilitzen en la seva elaboració i contrastació experimental.

2.      Comprendre la importància de la física per abordar nombroses situacions quotidianes, i per aportar solucions a problemes com la falta de recursos energètics, el canvi climàtic i l’escalfament global.

3.      Utilitzar, amb autonomia creixent, estratègies de recerca pròpies de les ciències (plantejament de problemes, formulació d’hipòtesis, cerca d’informació, elaboració d’estratègies de resolució, disseny experimental, anàlisi i comunicació de resultats, etc.), per a la construcció de models físics coherents, amb capacitat explicativa i predictiva dels fenòmens que s’estudien.

4.      Reconèixer i evidenciar el caràcter temptatiu i creatiu del treball científic, en particular en la fase d’elaboració d’hipòtesis i construcció de models, analitzant i comparant hipòtesis i teories contraposades amb la finalitat de desenvolupar un pensament crític, així com valorar les aportacions que els grans debats científics han aportat al desenvolupament de la física.

5.      Familiaritzar-se amb la terminologia física actual i utilitzar-la de manera habitual en expressar-se i comunicar-se en l’àmbit científic, i conèixer la diferència de significat de molts termes que s’utilitzen en l’experiència diària amb un significat diferent.

6.      Utilitzar l’instrumental bàsic d’un laboratori de física així com conèixer algunes tècniques específiques aplicant les normes de prevenció i seguretat a l’ús en el marc del laboratori.

7.      Planificar i realitzar treballs de recerca que impliquin el disseny d’experiments i l’ús d’equips informàtics per contrastar hipòtesis o resoldre problemes teòrics i pràctics plantejats en el desenvolupament dels continguts d’aquesta matèria.

8.      Ser capaç d’obtenir i analitzar la informació sobre física disponible a Internet per tal de realitzar recerques sobre temes de física d’interès, i saber utilitzar el llenguatge i les noves tecnologies de la informació i de la comunicació per poder analitzar, comunicar i debatre els temes investigats.

9.      Adquirir una visió global del desenvolupament teòric i pràctic de la física i del paper que pot jugar en la societat actual per contribuir a la consecució d’un futur sostenible, a través de  la conservació, protecció i millora del medi natural i  social. i conèixer alguns dels reptes actuals als que s’enfronta la investigació en física

10. Reconèixer la dimensió cultural de la física per a la formació integral de les persones, així com  les seves repercussions en la cultura i el pensament , la societat i el medi ambient, i prendre consciència de la importància d’impulsar desenvolupaments científics que responguin a les necessitats humanes i contribueixin a fer front als greus problemes de la humanitat.

11. Ser capaç de participar amb criteris fonamentats, com a ciutadans i estudiants de ciències, en la necessària presa de decisions al voltant de problemes locals i globals  als que s’enfronta la humanitat en els quals la física pugui fer alguna aportació.

 

 


 

Primer curs

 

CONTINGUTS

 

Imatges

·        Anàlisi del model de raig de llum en la visió i en situacions i aparells en els que hi hagi miralls i lents. Construcció geomètrica d’imatges de manera gràfica i mitjançant programes de simulació. Determinació de la distància focal en miralls i lents i la potència de lents convergents i divergents. Disseny i construcció d’algun instrument òptic.

·        Anàlisi del comportament de la llum en canviar de medis i en travessar-los: canvi de la velocitat de propagació, reflexió, refracció, absorció/transmissió  i dispersió.

·        Descripció de l’ull humà com a sistema òptic. Caracterització de l’ull sa, l’ull miop, l’ull hipermetrop. Correcció mitjançant ulleres o lents de contacte o cirurgia.

·        Observació de l’espectre de la llum visible. Descripció i anàlisi de l’espectre electromagnètic. Aplicacions i característiques de les diferents bandes de l’espectre. Caracterització de la llum com a ona.

·        Observació qualitativa i aplicacions  de la polarització de la llum.

·        Anàlisi qualitatiu de la difracció i les interferències utilitzant el principi de Huygens. Aplicacions de les interferències a la lectura amb làser. Mesura de la distància entre pistes en un CD o DVD per difracció amb làser. Aplicació de la difracció de Raigs-X.

 

El moviment

 

·        Anàlisi de moviments reals, uniformes o no, utilitzant  equips de captació de dades, programes d’anàlisi de vídeo digital o altres procediments experimentals. Coneixement de les magnituds del moviment: sistema de referència, posició, desplaçament, velocitat i acceleració  (en una i dues dimensions)  en contextos reals.

 

·        Anàlisi de moviments rectilinis amb velocitat o amb acceleració constant. La caiguda lliure.  Anàlisi de moviments circulars uniformes utilitzant algun programa de simulació (arc recorregut, angle girat, velocitat angular, període i freqüència, relació entre velocitat angular i lineal, acceleració centrípeta). 

 

·        Estudi experimental d’un tir parabòlic. Els moviments en dues dimensions com a composició de dos moviments.

 

·        Representació del moviment a través de llenguatge gràfic, verbal, matemàtic i relació entre les diferents representacions. Interpretació de les diferents representacions del moviment (gràfica, verbal, matemàtica) i utilització d’aquestes per a resoldre problemes. Comunicació dels resultats dels experiments de manera ordenada i utilitzant el vocabulari específic i les eines informàtiques (fulls de càlculs, generadors de gràfics, processadors de textos, etc.) adients.

 

 

L’univers mecànic

 

·        Identificació de la força com a interacció entre parells d’objectes. Anàlisi de  les forces que actuen sobre diferents sistemes. Caracterització de força normal, pes, fregament estàtic i dinàmic, forces elàstiques i tensions. Reflexió en cada cas sobre com aquestes  forces es produeixen per  interacció amb d’altres cossos.

 

·        Plantajament  de situacions experimentals d’interès en les que hi hagi equilibri de forces. Caracterització  vectorial de les forces. Suma i descomposició de forces.

 

·        Comprensió i aplicació de les lleis de Newton a partir de situacions reals, amb la realització d’experiments i/o utilització de vídeos. Utilització de programes de simulació-applets  per tal de modelitzar la relació entre les forces i el moviment.

 

·        Aplicació de les lleis de Newton a l’estudi de situacions dinàmiques d’interès i al càlcul de les magnituds del  moviment d’objectes materials (restringint l’estudi al centre d’inèrcia del cos: punt material), quantitativament pel que fa als moviments amb rapidesa o acceleració constant. Estudi  qualitatiu en el cas de moviments rectilinis amb acceleració variable. 

 

·        Utilització de sistemes de captació de dades  i/o de vídeos per l’estudi de problemes dinàmics, com per exemple: la força que actua sobre el cable d’un ascensor en diferents moments del seu recorregut, l’estudi del moviment d’un paracaigudista en relació a les forces que actuen sobre ell, etc.

 

·        Aplicació de la relació entre l’impuls i la quantitat de moviment a situacions com ara:  els xocs de vehicles, la funció dels sistemes de seguretat passiva, la elasticitat de les cordes d’escalada. Principi de conservació de la quantitat de moviment.

 

 

L’energia

 

·        Aprofundiment dels conceptes de treball i calor com a formes de transferir energia. Anàlisi de sistemes en els que hi hagi intercanvi d’energia mitjançant calor i/o treball. 

 

·        Caracterització de les diferents formes d’energia mecànica: energia cinètica, energia potencial gravitatòria i energia potencial elàstica i les seves transformacions. Determinació quantitativa de les variacions d’energia cinètica, potencial gravitatòria i /o elàstica en situacions preferentment reals, i del treball realitzat per les forces que hi intervenen.

 

·        Diferenciació de transformació i transferència d’energia. Realització d’experiments reals i/o simulats en els que es mostrin de manera qualitativa i quantitativa processos de  transferència i de transformació de l’energia. Mesura  i determinació de la calor que intervé en un procés en el que canvia la temperatura o l’estat físic d’un sistema.

 

·        Determinació experimental de la potència de màquines en funcionament i de persones realitzant activitats físiques. Rendiment: Avaluació de l’eficiència energètica de sistemes senzills.

 

·        Comprensió i planificació de la conservació i degradació de l’energia. Anàlisi des les limitacions als processos possibles derivades de la conservació i la degradació de l’energia.

 

·        Elaboració d’un treball sobre l’obtenció i el consum d’energia a diferents escales a partir d’una recerca documental i fent  argumentacions basades en consideracions energètiques,  criteris quantitatius o semiquantitatius i valoració de mesures concretes  d’estalvi d’energia o altres.

 

 

El corrent elèctric

 

·        Aplicació dels conceptes de corrent elèctric, corrent continu i altern, circuit, intensitat del corrent, diferència de potencial i resistència elèctrica i de llei  d’Ohm.

 

·        Reconeixement de dispositius basats en l’efecte Joule. Anàlisi del calor i potència transferida.

 

·        Coneixement de generadors de corrent continu: piles, piles de combustible, cèl·lules fotovoltàiques, fonts d’alimentació. Relació energia i potència aportada al circuit. Càlcul de F.e.m. i resistència interna.

 

·        Balanç energètic de circuits en corrent continu amb generadors i resistències elèctriques, a partir de la mesura experimental de diferències de potencial i intensitats. Rendiment energètic d’un circuit. Determinació experimental de la força electromotriu d’un generador de corrent continu i de la seva resistència interna

 

·        Reconeixement i aplicació de l’associació de resistències en sèrie i en paral·lel. A situacions domèstiques.

 

·        Descripció del  funcionament dels sensors basats en la transformació de la magnitud que es vol mesurar en un senyal elèctric, com per exemple, els sensors de temperatura basats en un termistor o els sensors de llum basats en fotoresistències o en fotodíodes.

 

 

CRITERIS D’AVALUACIÓ

1.                 Analitzar situacions en les que intervenen fenòmens físics utilitzant els mètodes i tècniques propis del treball científic. 

 

2.                 Obtenir i analitzar  informació sobre fenòmens explicables a través de la física, així com saber argumentar i comunicar sobre aquests fenòmens.

 

3.                 Comprendre la naturalesa de la ciència com a activitat humana, així com el poder i les limitacions del coneixement científic.

 

4.                 Utilitzar el model de raig de llum i el model d’ones per tal d’explicar els fenòmens associats al comportament de la llum i la seva interacció amb la matèria i el funcionament dels aparells òptics senzills.

 

5.                 Analitzar moviments utilitzant les eines i les estratègies pròpies de la física.

 

6.                 Identificar les forces que actuen sobre els cossos com a resultat d’interaccions entre ells i relacionar-les amb el seu moviment. Aplicar el teorema de l’impuls i el principi de conservació de la quantitat de moviment per explicar situacions dinàmiques quotidianes.

 

7.                 Analitzar de manera qualitativa i quantitativa transferències i transformacions d’energia tant en sistemes en els que es conservi l’energia mecànica com en els que no. Aplicar  a situacions senzilles les idees de conservació i de degradació de l’energia i assenyalar els límits que imposen als processos possibles.

 

8.                 Dissenyar i construir circuits senzills de corrent continu i realitzar-ne mesures i càlculs dels valors de les principals magnituds elèctriques.

 

 

Segon curs

 

CONTINGUTS

 

Les ones i el so

·        Realització d’experiències de captura i enregistrament de sons generats per  objectes vibrants amb micròfons. Caracterització de les magnituds associades: període, freqüència, fase, amplitud, característiques sinoidals. Estudi experimetal de la posició, velocitat, acceleració d’un movimnet harmònic simple (MHS). Interpretació de les transformacions energètiques en un MHS.

 

·        Caracterització de les ones sonores: model basat en  la vibració d’un objecte i la  transmissió de la pertorbació per l’aire fins arribar a les nostres oïdes.  Reconeixement de la transferència d’energia sense transferència de matèria com a característica general de les ones.  Utilització de models mecànics i simulacions per tal d’ajudar a la comprensió del model. Realització de càlculs sobre la velocitat de propagació d’una ona.

 

·        Identificació de diferents tipus d’ones: mecàniques (en diferents medis) i electromagnètiques.  Diferenciació d’ones longitudinals i transversals. Caracterització de les  magnituds d’una ona periòdica: amplitud, període, velocitat de propagació, freqüència, longitud d’ona i fase. Interpretació de la doble periodicitat espai-temps.

 

·        Comprensió i aplicació del principi de Huygens. Reflexió i refracció. Interferències: Constructives i destructives. Observació experimental i interpretació dels fenòmens de reflexió, refracció, interferències i difracció. Reconeixemnet de l’ efecte Doppler i les seves aplicacions.

 

·        Caracterització del so: Intensitat, to i timbre. Interpretació de gràfics de sons captats per mètodes informàtics o electrònics i determinació de les magnituds rellevants.

 

·        Observació d’ones estacionàries en instruments musicals de corda i vent. Interpretació de la producció d’una ona estacionària. Aplicació del principi de superposició. Reconeixement de sons  fonamentals i harmònics. Observació de la representació d’un so pur i d’un so complex. Construcció d’un so complex a partir de sons purs. Identificació de sons purs en sons complexos.

 

·        Reconeixement de l’escala d’audició humana. Aplicació dels ultrasons. Diferència entre so i soroll. Mesura del soroll. Contaminació acústica.

 

 

Planetes i satèl·lits

 

·        Descripció i interpretació del sistema solar vist des de la Terra. Observació de planetes, el Sol i la Lluna i del seu moviment aparent al cel nocturn o a planetaris o a planisferis informàtics. El sistema solar des d’un sistema de referència heliocèntric.

 

·        Comprensió i aplicació de la  gravitació universal. Càlcul de la força gravitatòria sobre un cos a la superfície i a diferents altures sobre la Terra i d’altres astres. .  Relació d’identitat entre la força gravitatòria i la força centrípeta en les òrbites (suposades circulars) dels planetes i dels satèl·lits. Aplicació al càlcul de paràmetres orbitals per a òrbites circulars: períodes, velocitats i radis.

 

·        Reconeixement i interpretació del de la intensitat  del camp gravitatori: Relació entre la intensitat del camp gravitatori i l‘acceleració de la caiguda lliure. Conèixer la variació de g a les proximitats d’un astre. Determinació experimental de  g a partir de la mesura de l’acceleració d’una caiguda lliure.

 

·        Comprensió i aplicació de l’energia potencial gravitatòria. Determinació de l’energia necessària per a enviar un satèl·lit a una òrbita circular o per a enviar-lo fora del camp gravitatori de la Terra. Velocitat d’escapament.

 

·        Caracterització de naus espacials i satèl·lits artificials. Aplicacions en camps diversos. Recerca d’informació de dades de les naus, dels seus llançaments i de detalls orbitals Estudi, mitjançant simulacions, de diferents paràmetres orbitals d’una nau espacial. Anàlisi de diferents tipus d’òrbites en funció de l’energia mecànica.

 

 

La nova visió de l’univers

 

·        Reconeixement de sistemes planetaris i galàxies. Interpretació de l’univers en expansió. El Big Bang.  L’evolució de l’univers.

 

·        Caracterització de la física nuclear: dimensions i característiques dels nuclis; desintegració nuclear. Utilització de la radiodatació. Aplicació dels radioisòtops. Reconeixement de l’equivalència massa - energia. Diferenciació entre fissió i fusió nuclear. Valoració de l’energia nuclear com a font d’energia. Discussió argumentada dels pros i contres de l’ús de l’energia nuclear.

 

·        Caracterització de la física de partícules: els quarks i els leptons com a partícules elementals i els bosons com a portadors de les interaccions. Reconeixement d’instruments per a la recerca en el camp de les partícules elementals: acceleradors i detectors. Classificació de les quatre interaccions fonamentals.

 

·        Evidenciació de l’energia recollida per una cèl·lula fotoelèctrica. Caracterització de l’efecte fotoelèctric: quantitatificació mitjançant simulacions o experiments reals.

 

·        Diferenciació entre la física clàssica i la física quantica: Hipòtesis de Planck i de De Broglie i Principi d’indeterminació. Valoració del desenvolupament científic i tecnològic que ha suposat la física quàntica.

 

·        Descripció de l’evolució dels models de la llum: model corpuscular i model ondulatori.

 

·        Discussió d’algunes situacions en les quals la física clàssica no és aplicable: la relativitat especial. Efectes de la finitud i de la constància de la velocitat de la llum.

 

·        Lectura i resum d’articles o textos curts sobre idees actuals en cosmologia, física de partícules, física quàntica o relativitat.

 

 

Màquines electromagnètiques: Generadors, transformadors i motors

 

·        Observació i descripció de generadors, transformadors i motors: les seves parts, la seva funció i  la importància en la societat actual.

 

·        Caracterització de  la interacció magnètica i evidenciació a través d’imants naturals i  artificials, la brúixola. Visualització de les línies de camp magnètic a partir de petites experiències. Definició del vector intensitat de camp magnètic. Realització de l’experiment d’Oersted. Realització de  petits experiments amb brúixoles i distribucions de corrent, com ara una espira, una bobina o un electroimant. Observació i interpretació de  les línies de camp a través d’experiments i simulacions informàtiques.

 

·        Observació de forces magnètiques en motors senzills. Realització de  petites experiències on es posi de manifest la relació entre el camp magnètic i la força produïda sobre corrents elèctrics o sobre càrregues elèctriques en moviment.  Utilització de simulacions per tal de visualitzar els vectors (F, v i B). Mesura experimental de la força exercida sobre un corrent rectilini per un camp magnètic mitjançant una balança. Aplicacions de la llei de Lorentz:  acceleradors de partícules, espectròmetre de masses. Construcció i interpretació del funcionament d’un motor.

 

·        Identificació experimental dels efectes de la inducció electromagnètica en un circuit elèctric, investigant els factors que influeixen en el valor de la fem induïda. Flux del camp magnètic.  Llei d’inducció de Faraday i llei de Lenz.

 

·        Identificació dels efectes i aplicacions del corrent induït:  Fabricació de corrent altern. Ús d’alternadors  i dinamos. Càlcul de la força electromotriu induïda alterna. Reconeixement dels corrents de Foucault i aplicació als frens magnètics i a les cuines d’inducció. Caracterització del motor d’inducció. Relació de voltatges en un transformador,  determinació experimental de la relació de transformació.

 

 

Camp elèctric

 

·        Descripció del funcionament d’un tub de raig catòdics de televisió. Reconeixement quantitatiu de la transformació d’energia en un canó d’electrons. Analogies i diferències entre el camp elèctric i el camp gravitatori.

 

·        Caracterització del model d’interacció a través d’un camp com alternativa al model d’ interacció a distància. Característiques del camp elèctric: Intensitat de camp elèctric com a  força per unitat de càrrega. E=F/q , caràcter vectorial del camp elèctric. Comparació  amb el camp gravitatori.

 

·        Identificació del potencial elèctric com a energia potencial elèctrica per unitat de càrrega i del seu caràcter escalar. Reconeixement de línies de camp i superfícies equipotencials. Utilització de simulacions per tal de visualitzar-les. Determinació experimental de superfícies equipotencials.

 

·        Relació entre força i gradient d’energia potencial i entre camp i gradient de potencial per a un camp elèctric uniforme. Aplicacions de la desviació de partícules carregades movent-se en el si de camps elèctrics uniformes:  acceleradors lineals i circulars.

 

·        Reconeixement de camps elèctrics no uniformes amb simetria cilíndrica i esfèrica utilitzant el detector Geiger-Muller.

 

·        Relació entre camp i potencial elèctric  creat per càrregues puntuals. Llei de Coulomb.

 

·        Relació entre el camp elèctric i magnètic i síntesi electromagnètica de Maxwell. Caracterització de les ones electromagnètiques.

 

 

CRITERIS D’AVALUACIÓ

 

1        Analitzar situacions en les que intervenen  fenòmens físics utilitzant els mètodes i tècniques propis del treball científic. 

 

2        Obtenir i analitzar  informació sobre fenòmens explicables a través de la física, així com saber argumentar i comunicar sobre aquests fenòmens.

 

3        Comprendre la naturalesa de la ciència com a activitat humana, així com el poder i les limitacions del coneixement científic. 

 

4        Utilitzar el model de moviment ondulatori com a pertorbacions que es propaguen sense transferència de matèria, per tal d’interpretar diferents fenòmens naturals i desenvolupaments tecnològics.

 

5        Aplicar la teoria  de la gravitació a l’estudi dinàmic de situacions senzilles d’interès, com la determinació de masses de cossos celestes, el tractament de la gravetat terrestre i l’estudi del moviment de planetes i satèl·lits.

 

6        Aplicar l’equivalència massa-energia per explicar l’energia d’enllaç dels nuclis i la seva estabilitat, les reacciones nuclears, la radioactivitat i les seves múltiples aplicacions i repercussions.

 

7        Descriure l’origen i evolució de l’univers com un sistema en expansió amb estructures a diferents escales i aportar arguments a favor d’aquest model.

 

8        Descriure la matèria a nivell microscòpic amb les estructures característiques de cada escala: Àtoms, nucli i escorça, partícules elementals, així com les interaccions fonamentals i les partícules responsables.

 

9        Identificar i reconèixer a partir dels sistemes i situacions en els que la Física clàssica deixa de ser aplicable, la necessitat de revisar conceptes com l’espai, el temps, les ones i les partícules.

 

10   Aplicar els models bàsics de l’electromagnetisme ( els corrents creen camps magnètics, els camps magnètics generen forces sobre càrregues en moviment i  la inducció electromagnètica) per tal de  explicar els funcionament d’algunes màquines electromagnètiques.

 

11   Justificar la utilitat del concepte de camp elèctric per superar el d’interacció a distància. Saber representar gràficament els camps elèctrics  així com fer càlculs de camps  en situacions senzilles. Utilitzar els conceptes de camp elèctric i magnètic per tal d’explicar algunes aplicacions d’interès.