UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO SECRETARÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS DE NIVEL MEDIO SUPERIOR BACHILLERATO UNIVERSITARIO 2003

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1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO SECRETARÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS DE NIVEL MEDIO SUPERIOR BACHILLERATO UNIVERSITARIO 2003 PROGRAMA DE ASIGNATURA Semestre CUARTO

2 Rector: Dr. En A.P. José Martínez Vilchis Secretario de Docencia M en Com. Luis Alfonso Guadarrama Rico Director de Estudios de Nivel Medio Superior Mtro en A.E. José Francisco Mendoza Filorio Elaboración: Aguilar Sánchez José Antonio Chávez Suárez Faustino Andrés Frías Palos Maria Guadalupe García Salcedo Ricardo Lara Hernández Francisco Nájera López Ma. De Lourdes Valencia Aguilar José Luis G. Vázquez Torres Enrique Alex Coordinación e integración de programas de asignatura: Lic. en Psic. Mónica Garduño Suárez Programa de estudios de sexto semestre Primera edición Agosto 2003 Última edición Octubre ACTUALIZACIÓN: Gonzáles Valenzuela Cesar León Crisanto Filemón Soto Victoria J. Manuel Valencia Aguilar José Luis G. 1ra. Aprobación por la academia general: Febrero, 2005 Fecha de actualización y socialización en academia: 22 de Noviembre de 2005 Revisión: 30 Noviembre

3 ASIGNATURA: FISICA GENERAL Semestre CUARTO Horas teóricas 3 Créditos 8 Horas prácticas 2 Tipo de asignatura OBLIGATORIA Total de horas 5 Asignaturas simultáneas Cálculo diferencial e integral Geografía ambiente y sociedad Biología celular Lectura de textos literarios Medios y recursos para la investigación Orientación educativa Cultura física Inglés Etapa en la estructura curricular BÁSICA Núcleo de formación CIENCIAS DE LA NATURALEZA Propósitos del núcleo de formación Esta referido al conocimiento y comprensión de los fenómenos naturales, desde las diversas perspectivas de las asignaturas que le integran; busca además la vinculación de estos fenómenos con los de carácter social. 3

4 PRESENTACIÓN En la vida cotidiana interactuamos con propiedades de los fluidos, así como fenómenos térmicos y eléctricos que pueden ser encausados y aprovechados para el desarrollo de la humanidad. Por esto, la importancia de que los estudiantes del N.M.S. conozcan los principios que rigen a dichos fenómenos y así continúen desarrollando su capacidad de razonamiento y análisis adquiridos en el curso de física básica. Tomando en cuenta que el bachillerato está orientado a la adquisición de una cultura básica, los temas de este curso deben permitir a los estudiantes comprender que la ciencia es parte esencial de ésta, donde la física en conjunto con otras disciplinas relacione los fenómenos que existen en la naturaleza. En general, se establece en este curso el estudio de los temas de Hidrostática, Termodinámica y Electricidad, cuyo propósito es tener una visión de estas áreas enfocadas a la aplicación de conocimientos en el trabajo teórico, práctico y experimental. Además, dado que el docente tiene como función colaborar al aumento de la cultura del bachiller, debe apoyar al alumno a desarrollar habilidades intelectuales para lograr un aprendizaje significativo, evitando el uso de algoritmos matemáticos y enfatizando una mejor actitud hacia la aplicación de destrezas, análisis y razonamiento. Para construir el conocimiento y lograr un aprendizaje significativo de los conceptos fundamentales de este curso, es importante que los alumnos realicen proyectos experimentales en equipo, los cuales sean supervisados por el facilitador y presentados al grupo. Con el trabajo colectivo el alumno deberá propiciar actitudes de responsabilidad, respeto, colaboración, autoestima y solidaridad, así como honestidad y valoración del trabajo. En la unidad de conceptos básicos de fluidos, se aborda la temática referente a los conceptos relativos a los líquidos para comprender su comportamiento, propiedades de la materia, densidad, presión y los principios de Arquímedes y Pascal. Algunos temas como Presión Hidrostática y Fluidos pueden aplicarse a temas de Medicina, la Densidad se relaciona con diferentes tipos de sustancias, los principios de Arquímedes y Pascal con dispositivos mecánicos, entre otros. La comprensión de conceptos relacionados con temperatura, calor, equilibrio térmico, transferencia de calor y la imposibilidad de convertir todo el calor en trabajo, le permitirá al alumno crear una conciencia analítica sobre el uso eficiente y moderado de la energía; lo cual se trata en la unidad de Termodinámica. 4

5 En lo que respecta a la unidad de Electricidad, para que el alumno comprenda e interprete mejor su entorno, así como la aplicación de ésta área en el desarrollo tecnológico, deberá comprender los conceptos centrales que son: Leyes de la electrostática, carga eléctrica, campo eléctrico, potencial eléctrico y electrodinámica. En relación al enfoque metodológico, el presente programa pretende continuar con el proceso de enseñanza - aprendizaje, concentrado en las actividades del alumno, para que, con la guía del facilitador, vaya construyendo y desarrollando de manera paulatina y progresiva el conocimiento, considerando la concepción que el estudiante del nivel medio superior (NMS) tiene acerca del mundo que le rodea. Es importante señalar que los requisitos para cursar esta signatura son: habilidad en el manejo de lenguaje común y matemático, así como conocimientos previos de Física. Los alumnos poseen conocimientos previos de Física básica, algunas fórmulas, un sentido común o intuitivo acerca del mundo que lo rodea y algunas veces estas creencias se construyen al margen del conocimiento científico. En la especificación de los propósitos, alcances, metodología y estrategias de intervención pedagógica del curso, ha sido fundamental considerar como punto de partida estas creencias previas. Se aplicará un examen diagnóstico al inicio de este curso, para conocer qué conocimientos previos posee el alumno y a partir de estos, fortalecer sus hábitos de estudio, comprensión de lectura y ordenamiento de la información que va adquiriendo. El curso se estructura a partir de experiencias dirigidas a la construcción del conocimiento, a partir de creencias y vivencias que tiene el alumno sobre un determinado tema. La secuencia continúa con un dispositivo experimental que compruebe o desapruebe sus ideas. Los resultados obtenidos se discuten e interpretan en forma grupal con la guía del facilitador (profesor). Cuando el manejo herramientas matemáticas lo permitan, los modelos se expresarán de manera cuantitativa, permitiendo predecir el comportamiento de algunos fenómenos de la Física. Asimismo, se consideran otras actividades como estrategias para favorecer la meta cognición, como la participación en intercambios académicos con otras instituciones, visitas a museos de tipo científico y tecnológico, videos, uso de información de medios electrónico, entre otros. Así también, se contempla que al inicio de cada modulo, se elabore un mapa conceptual cuya finalidad es visualizar la interrelación de unos conceptos con otros, y relacionarlos con otras disciplinas, a fin de evitar verlos en forma aislada. 5

6 MODULO I MODULO II MODULO III ESTRUCTURA DE LA ASIGNATURA COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS TERMODINÁMICA ELECTRICIDAD PROPÓSITO GENERAL DE LA ASIGNATURA? Proporcionar a los estudiantes elementos de cultura básica correspondientes al conocimiento científico y tecnológico para que cuenten con información básica que les permita al final del curso interactuar con el entorno de una manera más creativa, responsable y crítica. COMPETENCIAS BÁSICAS? Conocer el contexto donde se ha desarrollado la mecánica de fluidos, considerando los aspectos geográficos e históricos que permitieron formularla.? Introducir el conocimiento básico sobre las propiedades de los fluidos y adquirir habilidad para aplicarla en la vida cotidiana.? Utilizar la diversidad de recursos tecnológicos para la obtención y procesamiento de la información.? Desarrollar procesos de análisis que permita explicar el comportamie nto de los fluidos.? Identif icar los fenómenos de la vida cotidiana, relacionados con el calor para su análisis y comprensión, aplicando las leyes de la Termodinámica.? Aplicará las leyes de los gases, en función de las variables del sistema termodinámico.? Desarrollar habilidades en el planteamiento y solución de problemas mediante ejemplos prácticos relacionados con su entorno.? Identificar fenómenos naturales relacionados con la electricidad.? Comprender y aplicar las leyes relacionadas con los fenómenos eléctricos que intervienen en el funcionamiento de diversos aparatos caseros e industriales.? Reconocer la fuerza de atracción y repulsión eléctrica.? Reconocer las variables que intervienen en el comportamiento de los fenómenos eléctricos, para desarrollar habilidades en el planteamiento y solución de problemas mediante situaciones relacionadas con su entorno.? Realizar investigaciones experimentales y documentales, así como la facilidad de comunicarlos.? Valorar a la física como una ciencia importante para el desarrollo tecnológico de México.? Explicar las causas y consecuencias de fenómenos de su entorno relacionados con comportamiento de los fluidos, calor, y electricidad. 6

7 ESQUEMA GRÁFICO DE CONTENIDOS COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS TERMODINÁMICA ELECTRICIDAD Propiedades de los Fluidos Densidad Presión Principio de Arquímedes Principio de Pascal Temperatura y energía térmica Leyes de los gases Calor Leyes de la Termodinámica Electrostática Electrodinámica 7

8 COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS Propiedades de los fluidos Movimiento Browniano Teoría cinética molecular Naturaleza de la materia Estados físicos de la materia Características de los líquidos * Viscosidad * Capilaridad * Tensión superficial * Cohesión y adherencia Densidad Definición Peso especifico Presión Definición Presión atmosférica Presión hidrostática Presión absoluta Principio de Arquímedes Principio de Pascal 8

9 Módulo I Sesiones previstas COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS 19 Horas Propósitos del Módulo? Comprender el movimiento browniano.? Identificar las propiedades de la materia.? Definir y aplicar los conceptos de presión de fluidos y empuje vertical hacia arriba (fuerza de flotación) para resolver problemas físicos reales.? Escribir e ilustrar con dibujos los cuatro principios básicos de presión de fluidos (las fuerzas ejercidas por un fluido sobre las paredes del recipiente, los fluidos ejercen presión en todas las direcciones, relación entre presión, densidad y profundidad, la paradoja de Stevin.? Definir y diferenciar presión absoluta, presión manométrica y presión absoluta y demostrará mediante ejemplos su comprensión de la relación entre éstos términos.? Escribir y aplicar fórmulas para calcular la ventaja mecánica de una prensa hidráulica en términos de las fuerzas o de las áreas de entrada y de salida.? Comprender los principios y conceptos básicos de la física de los fluidos.? Resolver problemas relacionados con los conceptos de Hidrostática. EJES PROBLEMATIZADORES PARA EL DESARROLLO DE CONTENIDOS Cómo se comportan los fluidos cuando son sometidos a una presión? Cómo es posible separar tres líquidos de diferente densidad? Cómo se pretende el frenado hidráulico? Es posible levantar cuerpos de gran peso, mediante un dispositivo con agua? EJES TRANSVERSALES? Educación ambiental: uso moderado del agua? Trabajo colaborativo: campañas del uso moderado del agua 9

10 MÓDULO I CONTENIDOS DE APRENDIZAJE? Ubicar a los fluidos en el contexto de la Física.? Características de los líquidos: Viscosidad, capilaridad, adherencia, tensión superficial.? Conceptos de presión y empuje vertical.? Prensa hidráulica y su aplicación.? Flotación de los barcos. COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE? Lectura y análisis de documentos científicos involucrados con la prensa hidráulica y el principio de flotación.? Elaborar experimentos y aparatos para aplicar los conocimientos de presión y empuje de fluidos.? Trabajo colaborativo.? Planteamiento y solución de problemas cotidianos.? Investigar sobre la prensa hidráulica.? Asistir a museos de ciencia. MEDIOS Y RECURSOS DE APRENDIZAJE? Aulas adecuadamente equipadas con mobiliario y accesorios indispensables para la utilización de los recursos didácticos necesarios.? Pintarrones en buen estado, con tamaño conveniente y situados adecuadamente.? Computadoras en buen estado y conectadas a Internet.? Laboratorio con equipo actualizado. PRODUCTOS DE APRENDIZAJE Comprender el comportamiento de los fluidos en el entorno. Elaboración de reportes sobre lecturas de textos científicos. Identificar fenómenos del entorno. Adquirir conciencia del uso del agua. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA DEL MÓDULO 1. Tippens, Paul E. (2004). Física, conceptos y aplicaciones. 6ª Ed. Mac. Graw-Hill, México. 2. Llorente Bousquets, Jorge. (1997). La búsqueda del método natural, La Ciencia para todos, FCE. 3. Pérez Tamayo, Ruy. (1997). Existe el método científico? : historia y realidad, La Ciencia para todos, FCE. 4. Baird, D. C. (1998). Experimentación: Una introducción a la teoría de mediciones y al diseño de experimentos. Prentice Hall. México. 10

11 TERMODINÁMICA Temperatura y Energía térmica Definición de temperatura Energía térmica Estados de agregación de la materia y transiciones de fase Escalas de temperatura Dilatación térmica * Dilatación lineal * Dilatación superficial * Dilatación volumétrica Leyes de los gases Ley general Ley de Boyle- Mariotte Ley de Charles Ley de Gay Lussac Calor Definición de calor Cantidad de calor Calor especifico Calor latente y de evaporación Calorimetría Transferencia de calor * Conducción * Convexión * Radiación Leyes de la Termodinámica Antecedentes históricos Pared adiabática y diatérmica Sistema termodinámico Equilibrio termodinámico y térmico Ley cero de la termodinámica Trabajo termodinámico Primera ley de la termodinámica Segunda ley de la termodinámica Eficiencia térmica 11

12 MÓDULO II Sesiones previstas Propósitos TERMODINÁMICA 26 Horas? Relacionar las escalas termométricas.? Aplicar el concepto de dilatación térmica en el entorno.? Identificar las formas de propagación del calor.? Analizar el comportamiento de un gas en función de presión, volumen y temperatura.? Identificar y aplicar las leyes de la termodinámica. EJES PROBLEMATIZADOR ES PARA EL DESARROLLO DE CONTENIDOS EJES TRANSVERSALES Cuál es la ubicación de la Termodinámica en el contexto de las Ciencias Naturales Cómo cambian las dimensiones de un cuerpo, al variar la temperatura? Cuál es el comportamiento de un gas, al mantener constante el volumen, presión ó temperatura? Cuál es la propagación del calor entre dos cuerpos? Cuál es la diferencia entre equilibrio termodinámico y equilibrio térmico?? Educación ambiental: Uso moderado de la cantidad de calor.? Educación para el consumidor: En el uso de energéticos? Educación para fomentar el trabajo colaborativo: Campañas del uso moderado de la energía Qué resultado se obtiene al aplicar calor a un sistema termodinámico? Cómo varia la eficiencia en un sistema termodinámico en razón al trabajo desarrollado y el calor suministrado? 12

13 MÓDULO II TERMODINÁMICA CONTENIDOS DE APRENDIZAJE ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE? Ubicar de la Termodinámica en el contexto de la Física.? Relacionar las escalas termométricas? Analizar la dilatación térmica en la vida cotidiana.? Identificar el comportamiento de un gas a presión, volumen ó temperatura constante.? Comprender las leyes de la Termodinámica y aplicarlas en situaciones del entorno.? Comprobar los fenómenos físicos en forma cualitativa y cuantitativa.? Lectura y análisis de documentos científicos involucrados con el calor.? Trabajo colaborativo.? Elaborar aparatos y experimentos para explicar los conocimiento del calor, dilatación y trabajo termodinámico.? Planteamiento y solución de problemas de la vida diaria? Asistir a museos de ciencia MEDIOS Y RECURSOS DE APRENDIZAJE PRODUCTOS DE APRENDIZAJE? Aulas adecuadamente equipadas con mobiliario y accesorios indispensables para la utilización de los recursos didácticos necesarios.? Pintarrones en buen estado, con tamaño conveniente y situados adecuadamente.? Computadoras en buen estado y conectadas a Internet. Comprender el comportamiento del calor en el entorno. Elaborar reportes sobre lecturas de textos científicos. Identificar los fenómenos termodinámicos en la vida cotidiana. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA DEL MÓDULO 1. Bueche, Frederick. (2000). Física general. Mac. Graw Hill, Mexico. 2. Hewitt, Paul G. (1999). Física conceptual. Addisson-Wesley Longman Internacional. 3. Robinson, Paul. (1998). Manual de laboratorio de Física. Addisson-Wesley Longman Internacional. 4. Tippens, Paul E. (2001). Física, conceptos y aplicaciones. Mac. Graw-Hill, México. 5. White, H. E. (1992). Física Moderna, UTEHA. México. 13

14 ELECTRICIDAD Electrostática Antecedentes históricos Conceptos generales Carga eléctrica Leyes de la electrostática Fuerza eléctrica, ley de Coulomb Campo eléctrico Intensidad de campo eléctrico Potencial eléctrico Diferencia de Potencial Capacitores Electrodinámica Corriente eléctrica Corriente alterna y directa Resistencia eléctrica Ley de Ohm Circuitos de resistencias en serie, paralelos y mixtos. 14

15 MÓDULO III Sesiones previstas Propósitos ELECTRICIDAD 25 Horas? Definir y aplicar los conceptos y principios de la electricidad, así como la fuerza eléctrica de cuerpos cargados eléctricamente.? Identificar el campo eléctrico en la vida cotidiana? Comprender que la fuerza eléctrica y la mecánica, contribuyen al bienestar del entorno.? Recocer que la diferencia de potencial eléctrico genera un trabajo eléctrico.? Reconocer a la capacitancia eléctrica como a la relación que existe entre la carga eléctrica y el potencial eléctrico.? Identificar los diferentes tipos de capacitares.? Comprender que la intensidad de corriente eléctrica o flujo eléctrico, es la relación que existe entre el suministro de un voltaje y la resistencia que éste ofrece. EJES PROBLEMATIZADORES PARA EL DESARROLLO DE CONTENIDOS Qué interacción existe entre dos cuerpos cargados eléctricamente? Cómo adquiere un cuerpo carga eléctrica? Qué efecto produce el campo eléctrico de un cuerpo conforme se aleja la carga de prueba? De que depende la resistencia de un cuerpo al paso de la corriente eléctrica? EJES TRANSVERSALES? Educación ambiental: Uso racional de la electricidad? Educación para el consumidor: Ahorro en el consumo de electricidad.? trabajo colaborativo: Campañas sobre el uso de la electricidad.? Educación para la paz: Respeto y tolerancia. 15

16 Módulo III ELECTRICIDAD CONTENIDOS DE APRENDIZAJE? Ubicar a la electricidad en el contexto de la física.? Conceptos generales de electricidad? Leyes y postulados del comportamiento de los fenómenos eléctricos.? Identificar la función de un capacitor.? Diferenciar la Corriente alterna de la continúa.? Explicar la influencia de la electricidad en los fenómenos naturales.? Relacionar la resistencia, corriente eléctrica y voltaje.? Identificar a la electricidad como fluido. ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE? Lectura y análisis de documentos sobre los antecedentes de la electricidad.? Verificar en el laboratorio fenómenos eléctricos.? Plantear ejemplos y resolver ejercicios relacionados con el entorno.? Identificar la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente.? Elaborar experimentos y prácticas de laboratorio para explicar los fenómenos eléctricos. MEDIOS Y RECURSOS DE APRENDIZAJE PRODUCTOS DE APRENDIZAJE? Aulas adecuadamente equipadas con mobiliario y accesorios indispensables para la utilización de los recursos didácticos necesarios.? Pintarrones en buen estado, con tamaño conveniente y situados adecuadamente.? Computadoras en buen estado y conectadas a Internet.? Laboratorio con equipo actualizado. Comportamiento de la electricidad en el entrono. Aplicar los conceptos y principios de electricidad a la vida diaria. trabajo en equipo Habilidad en el razonamiento para relacionar el lenguaje común y científico. Adquirir conciencia sobre el uso de electricidad. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA DEL MÓDULO 1. Autores. (2004). Física Básica. UAEM, Hewitt, Paul G. (1999). Física conceptual. Addisson-Wesley Longman Internacional. 3. Tippens, Paul E. (2000). Física, conceptos y aplicaciones. Mac. Graw-Hill, México. 16

17 BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA 1. Paul E. Tippens, Física, conceptos y aplicaciones. Mac. Graw-Hill, México, Paul G. Hewitt, Física conceptual. Addisson-Wesley Longman Internacional, Paul Robinson, Manual de laboratorio de Física. Addisson-Wesley Longman Internacional, H. E. White, Física Moderna, UTEHA. México, E. Jones y R Childers. Física contemporánea. Mac. Graw Hill, México, Frederick Bueche, Física general. Mac. Graw Hill, Mexico, Janice VanCleave. Física para niños y jóvenes. Limusa, E. Jones y R Childers. Física contemporánea. Mac. Graw Hill, México, Eugene Hetch, Física 1. Álgebra y trigonometría. Internacional Thomson Editores, México, Eugene Hetch, Física 2. Álgebra y trigonometría. Internacional Thomson Editores, México, Karl Knoll, Didáctica de la enseñanza de la Física. Biblioteca de Cultura Pedagógica. Editorial Kapelusz. 12. Y. Pereelman, Física recreativa I y II. Editorial Quinto Sol, México, D. C. Baird. Experimentación: Una introducción a la teoría de mediciones y al diseño de experimentos. Prentice Hall. México, G. García Talavera. Problemas y soluciones de Física I y II, Noriega- IPN, México, Fernando Alba Andrade, El desarrollo de la tecnología, la aportación de la física, La Ciencia para todos, FCE, 1997 Texto 17

18 OTRAS FUENTES DE CONSULTA 1. Carlos Gutiérrez A. Experimentos Caseros y recreativos de mecánica y calor, IPN, México, D. C. Baird. Experimentación: Una introducción a la teoría de mediciones y al diseño de experimentos. 3. E. Jones y R Childers. Física contemporánea. Mac. Graw Hill, México, Eliezer Braun, Un movimiento en zigzag, La Ciencia para todos, FCE, Eugene Hetch, Física 1. Álgebra y trigonometría. Internacional Thomson Editores, México, Eugene Hetch, Física 2. Álgebra y trigonometría. Internacional Thomson Editores, México, Eliezer Braun (1997) Física Ciencia para todos, FCE,., Una faceta desconocida 8. Frederick Bueche, Física general. Mac. Graw Hill, Mexico, G. García Talavera. Problemas y soluciones de Física I y II, Noriega-IPN, México, H. E. White, Física Moderna, UTEHA. México, Janice VanCleave. Astronomía para niños y jóvenes. Limusa, Janice VanCleave. Electricidad. Limusa, Janice VanCleave. Física para niños y jóvenes. Limusa, Karl Knoll, Didáctica de la enseñanza de la Física. Biblioteca de Cultura Pedagógica. Editorial Kapelusz. 15. Leopoldo García-Colín S., Marcos Mazari, Marcos Moshinsky et al., Niels Bohr: científico, filósofo, humanista, 16. rentice Hall. México, Y. Pereelman, Física recreativa I y II. Editorial Quinto Sol, México,

19 DIAGRAMA DE EVALUACIÓN Productos de aprendizaje Comprensión de contenidos Practicas de Laboratorio Fase 1 Fase 2 Valor 70 % Examen Evaluación departamental Productos de aprendizaje Comprensión de contenidos Valor 70 % Examen Evaluación departamental 10 % Examen Interfase 10 % Examen Interfase Practicas de 10 % Reporte 10 % Reporte Laboratorio Problemario 10 % Reporte Problemario 10 % Reporte Productos de aprendizaje (30%) Evaluación departamental (70%) Productos de aprendizaje (30%) Evaluación departamental (70%) 19