Alcune applicazioni della fisica moderna

struttura dei livelli energetici nell’atomo

Acquisizioni teoriche Conseguenze Applicazioni

energia di ionizzazione,

effetto fotoelettrico

cellula fotoelettrica, tubo fotomoltiplicatore, visori notturni, impressione su lastra fotografica

emissione stimolata, laser

trasmissione dati e suoni, tagli e saldature industriali, interventi chirurgici, olografia, geodesia, spettroscopia

emissione raggi X

diagnostica medica, controllo manufatti industriali, tecniche di restauro, astronomia

radiazione emessa da scarica elettrica nei gas

tubi per illuminazione, insegne pubblicitarie

effetto tunnel varie conseguenze, tra cui decadimento radioattivo

microscopio a scansione, esperimenti di diffusione, contatore Geiger, diodo tunnel

teoria elettronica dei solidi

caratteristiche di conduttori, semiconduttori, isolanti

termistori, esposimetri

inserimento di impurezze nei semiconduttori e comportamento delle giunzioni pn

diodi, LED, laser a semiconduttore (lettori cd, lettori codici a barre, stampanti laser), celle fotovoltaiche, transistor e circuiti amplificatori, circuiti integrati

Acquisizioni teoriche Conseguenze Applicazioni

superconduttività effetto Meissnermateriali ad alta temperatura critica, levitazione magnetica dei treni, …

strutture microscopiche di nuove molecole

nanotecnologie,computer quantistici?

Acquisizioni teoriche Conseguenze Applicazioni

quantizzazione del momento magnetico nucleare

risonanza magnetica diagnostica medica, studio delle strutture delle molecole in chimica organica

Gruppo di lavoro “Applicazioni e interdisciplinarietà della fisica moderna”proposta di riflessione nei sottogruppi

Vengono proposti i seguenti tre temi di discussione. Il gruppo dovrà stendere una sintesi scritta del lavoro svolto, che verrà poi presa in esame dal coordinatore. Tempo previsto: circa un’ora.

1.Esperienze di didattica della fisica moderna

•Hai già introdotto argomenti di fisica moderna nelle tue classi? Quali e in quale classe? Che collocazione hanno avuto all’interno del programma svolto (episodica, all’inizio o alla fine del programma, …)?•Ritieni che questo tipo di argomenti abbiano favorito un atteggiamento positivo verso la disciplina? Quali obiettivi ritieni di aver raggiunto?

2. Come introdurre elementi di fisica moderna

Una riflessione sull’importanza dell’introduzione di argomenti di fisica moderna nella pratica didattica e sulle possibili modalità di effettuazione è già stata stimolata dai contributi dei docenti intervenuti durante la prima parte del corso.

• Ritieni che sia possibile collocare una o più unità didattiche di fisica moderna nella programmazione didattica delle tue classi? Cosa si può proporre? Quali sono gli obiettivi? Come si potrebbero valutare i risultati di tale lavoro?

3. Dalla teoria all’esame delle ricadute tecnologiche o viceversa?“Perché la mia calcolatrice non ha bisogno di batterie?”

Lo sviluppo della teoria quantistica ha avuto innumerevoli ricadute tecnologiche, al punto che nei paesi industrializzati sono diventati economici e quindi di uso comune moltissimi oggetti con un contenuto tecnologico estremamente raffinato (basti pensare allo sviluppo dell’elettronica).

• Ritieni possa essere interessante riuscire a far comprendere agli studenti i principi di funzionamento di alcuni di tali “oggetti”?

• Potrebbe fornire uno stimolo all’apprendimento avere un approccio del tipo: “Cerchiamo di capire come funzione una cella fotovoltaica (perché la mia calcolatrice non ha bisogno di batterie?)”?.

• Può aver senso introdurre un argomento del tipo “celle solari” in una classe nella quale si affronta un programma di natura diversa? E nella programmazione che riguarda una disciplina diversa dalla fisica?

Principi di funzionamento del Laser

laser a He-Ne

Teoria delle bande e semiconduttori

Curva caratteristica di un diodo

Cella fotovoltaica

Laser a semiconduttore