1

LA VALUTAZIONE IN FISICA

SIS 2005 - 2006

SPECIALIZZANDE:Alessia Favro e Claudia Tamburini

2

CONTESTO: secondo anno ITIS.

PERCORSO DIDATTICO: dopo aver proposto agli studenti il test d’ingresso e quindi valutato le loro conoscenze preliminari, si introduce il concetto di pressione analizzando i tre casi seguenti: pressione esercitata da un solido, pressione idrostatica e pressione nei gas. Successivamente viene definita la pressione atmosferica, la definizione delle varie unità di misura della pressione e si accenna infine agli strumenti per misurare la pressione. Si sottolineano poi le relazioni esistenti tra forza, superficie, densità, pressione: legge di Stevino, Principio di Pascal, Principio del funzionamento del sollevatore idraulico.

3

PREREQUISITI:

� Grafici di funzioni lineari, misure ed errori.� Il test d’ingresso vuol sondare quanto i ragazzi conoscono

sull’argomento o siano in grado di intuire, poiché esso ha numerosi riscontri nella vita quotidiana. Nel test pertanto sonostate inserite domande che si basano sul senso comune o su aspetti che possano attirare la curiosità degli studenti.

� La verifica in itinere viene proposta dopo aver approfondito il concetto di pressione dando come prerequisiti gli argomenti svolti fino a quel momento. Nella verifica gli studenti dovrannodimostrare non solo di conoscere la teoria ma anche di saper riflettere applicando correttamente le formule e ragionando autonomamente.

4

VERIFICA D’INGRESSO

Obiettivi:� sondare le eventuali conoscenze degli allievi

sull’argomento trattato;� esplorare le capacità intuitive dei ragazzi;� creare interessanti attacchi per introdurre il nuovo

argomento;� generare curiosità ed interesse per l’argomento; � verificare eventuali misconcetti degli studenti;� riuscire a valutare globalmente della classe in modo

da calibrare adeguatamente le lezioni successive;

5

Domanda n° 1

I due recipienti sotto disegnati hanno la stessa sezione di base e il liquido raggiunge la stessa altezza. In quale dei due recipienti la pressione sulla base è maggiore?

a) La pressione è uguale. b) Nel secondo.c) Nel primo. d) Non si può sapere senza conoscere la massa del liquido.

6

Commento Domanda 1

La risposta è a.Intuitivamente si può pensare che la forma del recipiente e la quantità d’acqua contenuta cambi la pressione esercitata sul fondo; invece la pressione esercitata dipende solo dalla densità e dall’altezza della colonna di liquido. Un quesito di questo tipo in ingresso deve servire come spunto di discussione per eliminare eventuali misconcetti legati a quali parametri fisici determinino differenti pressioni in quanto questa proprietà crea sempre un po’ di stupore e sembra difficile da comprendere.

7

Domanda 2

Al mercato vengono acquistati due chilogrammi di carote e due chilogrammi di spinaci. Posso notare che:

a) appoggiati sulle gambe premono allo stesso modo

b) appesi a un dinamometro producono allungamenti diversi

c) si fanno equilibrio sui piatti di una bilanciad) occupano spazio uguale in una borsa

8

Commento Domanda 2

La risposta è c.Lo studente conosce cos’è un dinamometro dal momento che ha studiato le forze. Qui si vuol sottolineare come forza e pressione siano due grandezza diverse eppure in relazione tra loro.Occorre sia ripensare all’esperienza quotidiana sia provare a riflettere. Pensando per esempio al mercato ed alla bilancia su cui il venditore pesa la frutta e la verdura, è possibile dare la risposta corretta. Il “legame” con la pressione è dato dalla prima domanda: si vuole scoprire se i ragazzi associano la parola pressione alla parola premere.

9

Domanda 3

Perché il muro di sbarramento di una diga viene costruito con uno spessore sempre maggiore a mano a mano che si va verso il fondo?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10

Commento Domanda 3

La risposta è:per la legge di Stevino la pressione esercitata dal peso dell’acqua aumenta all’aumentare della profondità. Per il principio di Pascal la pressione si esercita con forze perpendicolari anche sulle pareti del recipiente che contiene l’acqua oltre che sulla superficie di base.Con questa domanda si vuol attirare l’attenzione dello studente su qualcosa che gli sarà capitato di osservare, ma su cui magari non ha mai riflettuto. La domanda viene lasciata aperta proprio perchè i ragazzi usino libera intuizione e fantasia e provino a giustificare il motivo per cui le dighe vengano costruite proprio così; ovviamente lo studente non possiede ancora tutte queste conoscenze ma può provare in ogni caso a rispondere.

11

Domanda 4

Camminando in montagna sulla neve fresca, lasciamo un’impronta più profonda se:

a) stiamo in piedi sugli scarponib) stiamo in piedi sugli scic) stiamo coricatid) stiamo seduti

12

Commento Domanda 4

La risposta è a.Domanda classica che sottolinea quanto sia importante la relazione tra pressione e superficie. Non conoscendo ancora la formula, lo studente, per rispondere, può provare a ripensare a quanto succede quando cammina per strada dopo una nevicata oppure fare delle congetture al riguardo e ricavare la risposta corretta.

13

Domanda 5

Un volume di enciclopedia ha la copertina di superficie 2S e il dorso di superficie S. Se lo appoggiamo prima sul dorso e poi sulla copertina notiamo che tale copertina:

a) esercita la stessa pressione nei due casib) esercita una pressione diversa nei due casi, ma senza

una relazione precisac) esercita una pressione doppia se appoggiato sulla

copertinad) esercita una pressione dimezzata se appoggiato sulla

copertina

14

Commento Domanda 5

La risposta è d.Anche se non è ancora stata introdotta la definizione rigorosa di pressione, nel linguaggio comune è un termine usato spesso, anche se non sempre in accezione fisica, e i ragazzi riescono comprendere in modo corretto cosa si sta chiedendo loro. Il quinto quesito riguarda ancora il legame tra pressione e superficie e si vuole verificare se lo studente associa il concetto di pressione solo al concetto di peso.

15

VERIFICA IN ITINERE

Obiettivi:� monitorare la situazione generale della classe;� verificare che gli studenti abbiano compreso quanto

svolto nelle lezioni;� verificare che gli studenti siano in grado di utilizzare

le conoscenze acquisite;� accertare eventuali difficoltà degli studenti;� spunto di riflessione per eventualmente correggere

la programmazione del lavoro della classe;Gli esercizi 1, 2, 3 mirano a verificare la conoscenza e

comprensione degli obiettivi minimi.

16

Domanda 1

La membrana del timpano è un dischetto avente la superficie di circa 60 mm2 . la forza esercitata su di essa dalla pressione atmosferica è circa:

a) 6 N d) 6000 Nb) 60 N e) 60000 Nc) 600 N

17

Commento Domanda 1

P = F / sEsercizio non molto difficile, basta infatti applicare una formula inversa (verificando cosìgli obiettivi minimi). Allo stesso tempo può far riflettere sul fatto che quanto studiato coinvolge aspetti di vita quotidiana.

18

Domanda 2

Uno sciatore, di massa 75 kg, sta in piedi sulla neve, indossando gli scarponi la cui suola ha la superficie di appoggio di circa 150 cm2 (per ogni scarpone). La pressione esercitata sulla neve è

a) 250 Pa d) 250 kPab) 2500 Pa e) 2500 kPac) 25000 Pa

19

Commento Domanda 2

Quindi la risposta è P = forza peso / sIn questo esercizio lo studente oltre a basarsi sul senso comune, deve avere compreso quanto è stato introdotto. Questo esercizio riprende una domanda del test d’ingresso, per creare meglio una visione d’insieme e globale della materia nello studente e per verificare se eventuali misconcetti sono stati chiariti.

20

Domanda 3

In un barometro torricelliano, volendo usare l’acqua al posto del mercurio, quale sarebbe l’altezza della colonna d’acqua corrispondente alla pressione di 1 atmosfera?

21

Commento Domanda 3

P=ρgh h = P/ρg = ….Con questo esercizio inizia l’approfondimento. Cambiando liquido, cambia anche la densitàdel liquido, e quindi la pressione esercitata da esso. Se la pressione esercitata da due liquidi diversi è uguale (pressione atmosferica) cosa deve variare?

22

Domanda 4

Paradosso della botte. Se colleghiamo un lungo tubo ad un’estremità di una botta di legno riempita con dell’acqua, e continuiamo a versare acqua la botte esplode. A) Se il raggio del coperchio è 20 cm e l’altezza dell’acqua nel tubo è di 12 m, si calcoli la forza esercitata sul coperchio. B)Se il tubo ha un raggio interno di 3 mm, che massa di acqua nel tubo ha provocato l’aumento di pressione che ha fatto scoppiare la botte?

23

Commento Domanda 4

Pressione atmosferica P= 1,01 105 N/m2, per l’acqua ρ = 103 kg/m3; P=ρgh h = P/ρg = …Questo esercizio riguarda il paradosso della botte; potrebbe essere però risolto anche prima di aver completato la spiegazione in modo che gli studenti facciano congetture autonomamente. Lo studente deve ricavare dalla legge di Stevino l’altezza per poter risolvere l’esercizio. La formulazione del problema richiede un po’ di ragionamento E’ un test finalizato a valutare eventuali eccellenze nella classe.

24

Domanda 5

Il pistone grande di un sollevatore idraulico ha il raggio di 20 cm. Che forza bisogna applicare al pistone piccolo, che ha raggio di 2 cm, per sollevare un’automobile di 1500 kg?

25

Commento Domanda 5

Forza peso auto = mg =...= 1,47 104 N, quindi:F = Ap/Ag mg = ...= 147 N.Per risolvere l’esercizio è necessario aver compreso il principio del sollevatore idraulico, anche questo aspetto può essere importante poiché legato alla vita quotidiana. L’insegnate a lezione deve aver spiegato questo fenomeno e, sulla base di quanto detto, gli studenti dovrebbero essere in grado di trarre conclusioni corrette.

26

Domanda 6

Un tubo a U, aperto da entrambi i rami, contiene acqua e olio, non miscibili. A partire dal livello della superficie di separazione dei due liquidi, la colonna di acqua è alta 8 cm; quanto è alta la colonna d’olio, se ha densità909 kg/m3 ?

27

Commento Domanda 6

� h = P/ρg La pressione esercitata nei due rami è uguale (liquido in equilibrio) e quindi è possibile ricavare l’altezza dell’olio. E’ un esercizio non particolarmente complesso se in classe si è approfondito a sufficienza l’argomento. E’ molto interessante proporlo agli studenti questo esercizio dopo aver svolto l’esperimento del tubo a U in laboratorio. In questo modo si può verificare se è stato efficace per far comprendere il problema.

28

Domanda 7Sullo stantuffo di superficie S agiscono le forze

.;; 321 FFF

Quali tra le seguenti affermazioni sono corrette? a) La pressione esercitata da è maggiore della pressione esercitata da e questa, a sua volta, è maggiore della pressione esercitata da .b) La pressione esercitata da è uguale alla pressione esercitata da .c) La pressione esercitata da è la metà della pressione esercitata da .d) Le pressioni esercitate dalle tre forze sono uguali.

3F1F 2F

1F2F

2F

3F

29

Commento Domanda 7

L’obiettivo di questo ultimo esercizio è di verificare se lo studente ha realmente compreso da quali fattore dipende la pressione: se influisce l’intensità della forza o solo il punto di applicazione o se influiscono altri fattori ancora. Quello che si vuol verificare che sia chiaro agli studenti è che solo la componente verticale della forza è importante ai fini della pressione.