Se inicia con un breve recorrido sobre los modelos del universo anteriores a Kepler, la

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1 CONTENIDOS 1. INTERACCIÓN GRAVITATORIA. Se inicia con un breve recorrido sobre los modelos del universo anteriores a Kepler, la revolución copernicana y como los instrumentos de observación, concretamente el telescopio influyó en el desarrollo de los modelos cósmicos. Puede resaltarse como la bondad del modelo basado en las leyes de Kepler y Newton condujo a la predicción de muchos fenómenos de nuestro sistema y al descubrimiento, primero teórico y luego real de nuevos planetas, así como la situación actual, con el sistema solar, al parecer cerrado en lo que a nuevos planetas se refiere, así como las especulaciones sobre un planeta eventual entre Mercurio y Sol y demás temas más o menos divertidos sobre nuestro cosmos, pero altamente motivadores si se saca de ellos las posibilidades que encierran. Conceptos. A) Ley de gravitación universal. Ámbito de aplicación B) Fuerzas centrales C) Momento de una fuerza respecto a un punto. Momento angular D) Leyes de Kepler. Descripción y deducción a partir de las leyes de Newton ( al menos de la última ley, o ley de los períodos de rotación) E) Fuerzas conservativas. Energía potencial F) Campo gravitatorio terrestre: Intensidad de campo y potencial gravitatorio: Aplicaciones: a) Satélites. Velocidad orbital. Velocidad de inyección. Velocidad de escape. b) Diferencia entre la constante de gravitación universal, G, y la gravedad g. c) Medida de la gravedad terrestre y anomalías gravimétricas. d) Medida de G IES LAS LAGUNAS. DPTO. FÍSICA Y QUÍMICA. PROGRAMACIÓN FÍSICA 2º BACHILLERATO. CURSO 2013/14

2 Procedimientos. A. Calcularán el valor de la gravedad terrestre de forma experimental. B. Resolverán problemas relacionados con la velocidad de escape y de inyección C. Observarán a través de instrumentos sencillos o de películas de suficiente garantía científica, el firmamento y tratarán de identificar algunos cuerpos celestes D. Conocerán los tipos principales de objetos siderales. Estrellas galaxias, planetas, cometas, asteroides etc. E. Realizarán cálculos sencillos en los que se ponga de manifiesto la diferencia entre masa y peso. Aplicarán las leyes de gravitación universal al cálculo de pesos de cuerpos en distintas situaciones de gravedad y la predicción de períodos. F. Dispondrán y analizarán una tabla de las principales medidas de datos físicos de nuestro sistema sola. masa de los planetas y satélites, número de estos, distancias al Sol, períodos de rotación etc. y serán conscientes de su recto orden de magnitud. 2. MOVIMIENTO ONDULATORIO.. A partir de los descubrimientos Huygens y de los trabajos de Hertz, Marconi Doppler etc., el estudio de las ondas, sonoras y luminosas adquiere su verdadera dimensión. Hoy día es inconcebible nuestra cultura sin hacer referencia a las ondas electromagnéticas, no sólo en el mundo de las comunicaciones (radio, televisión, enlaces de microondas ), de la defensa, -y baste como ejemplo la guerra del Golfo,- de la Sanidad etc. También el sonido tanto en su aspecto artístico, música, como sanitario. Utilización de ultrasonidos en medicina, como de investigación oceanográfica etc.. e incluso, en su aspecto negativo, como contaminante sonoro. Hasta las teorías más avanzadas sobre el origen del Universo residen sobre dos hechos de naturaleza ondulatoria: el corrimiento hacia el rojo de 1

3 la radiación estelar y la radiación de fondo. De ahí la importancia del conocimiento de los aspectos fundamentales en el tema de las ondas. Conceptos Movimiento armónico simple: características fundamentales: Elongación, velocidad y aceleración. Dinámica del movimiento armónico(puede analizarse como proyección de un móvil que se mueve con movimiento circular uniforme, sobre su diámetro). Características fundamentales del movimiento ONDULATORIO Longitud de onda, frecuencia, velocidad de propagación. Tipos de ondas. Longitudinales y transversales. Ejemplos: Estudio cuantitativo de la ecuación de propagación. Propiedades generales de la propagación de ondas:(aspecto cualitativo): Principio de Huyggens: (1) Reflexión Refracción Dispersión Interferencia. Difracción Ondas sonoras y sonido. (2) Intensidad y su medida. El decibelio Tono Timbre Efectos fisiológicos de las ondas sonoras. Efectos ambientales de las mismas ondas. Nociones de acústica aplicadas a instrumentos y a locales. La luz como onda electromagnética. Polarización. Efecto Doppler: descripción cualitativa Procedimientos. A. Distinguirán las características fundamentales de una onda, sobre su ecuación de propagación y sobre su representación gráfica e interpretarán su valor físico B. Usando una hoja de cálculo representaran ondas, las sumarán y las restarán, para un mismo tiempo o para una misma posición C. También con hoja de cálculo analizarán ondas estacionarias. D. Los alumnos más destacados probarán de conseguir analizar pulsaciones o batidos. 2

4 E. Con base en películas y otros relatos de ciencia ficción serán capaces de detectar los errores más comunes, relacionados con las ondas: propagación el sonido en el vacío, propagación instantánea de las ondas electromagnéticas F. Experimentaran y discutirán fenómenos como eco, y reverberación G. Construirán modelos sencillos en los que se visualice la diferencia entre velocidad de propagación y velocidad de oscilación. El más simple puede ser dibujar una sinusoide sobre una tira de papel larga y hacer pasar ésta tira por detrás de una mascara de cartón en la que se ha recortado una rendija vertical que sólo permite ver prácticamente un punto de la sinusoide. En el segundo cuatrimestre los alumnos ya han alcanzado un concepto de la Física como ciencia autónoma independiente de las restantes ciencias de la naturaleza, con las que comparte el objeto último, y algunos métodos y de las matemáticas, que son la herramienta fundamental y cuyo dominio es crucial en la comprensión y estudio de la Física. Esta idea de la Física como ciencia autónoma no está clara ni en el desarrollo de la ESO, en la que se engloba dentro de un todo difuso de ciencias de la naturaleza, ni en primero de bachillerato, donde se empareja del modo tradicional, con la Química. La metodología en este trimestre va a modificarse respecto al anterior, en el sentido que es difícil encontrar prácticas que realmente puedan desarrollarse en un laboratorio elemental de muchos de los temas que van a tratarse, por lo cual estas prácticas de laboratorio de sustituirán por otros métodos de experimentación. 3. INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. Se trata de revisar como las ideas fundamentales de electricidad y magnetismo vienen desde muy lejos, como la electricidad y sus estudio fueron durante bastante tiempo más bien una curiosidad científica y como los experimentos de Oersted, Faraday, Lenz etc. 3

5 pusieron de manifiesto la concomitancias entre ambos grupos de fenómenos, para concluir en la genial síntesis de Maxwell. Las consecuencias y sus aplicaciones prácticas, desde la radiofonía y sus derivados a los aceleradores de partículas son hoy día cruciales en nuestra forma de vida. Conceptos A. Revisión de los conceptos carga eléctrica, Campo eléctrico, Potencial eléctrico B. Interacción entre cargas puntuales: Ley de Coulomb C. Propiedades del campo eléctrico. Intensidad de campo y potencial eléctrico. Principio de superposición D. Teorema de Gauss E. Corriente eléctrica. Concepto y simbología. Ley Ohm y su generalización F. Efectos energéticos de la corriente eléctrica efecto Joule. G. Introducción fenomenológica del campo magnético y de la medida de su intensidad. Inducción magnética. Tessla H. La carga eléctrica como sujeto pasivo del campo magnético: Fuerza de Lorentz I. Fuerzas sobre cargas, sobre conductores y sobre circuitos. Momentos. J. Aplicaciones. Motores eléctricos. Aceleradores de partículas. Imanes y solenoides. Electroimanes. Timbres, altavoces. K. La corriente eléctrica como agente creador de campos magnéticos: Ley de Biot- Savert. L. Teorema de Ampère: aplicaciones a casos sencillos M. Fuerzas entre corrientes paralelas: Definición de amperio. 4

6 N. Flujo magnético. Variación de flujo magnético como creador de diferencia de potencial en un conductor. Leyes de Faraday y Lenz: Alternadores. Dínamos y magnetos. O. Transmisión y captación de ondas electromagnéticas. P. Justificación del magnetismo natural de determinadas sustancias. Ferromagnetismo, paramagnetismo y diamagnetismo vistos desde un punto de vista eminentemente descriptivo. Q. Impacto ambiental de la corriente eléctrica. Procedimientos. A. Calcularán campos y potenciales creados por distribuciones sencillas de cargas puntuales. B. Calcularán campos a partir del potencial y viceversa. C. Calcularán campos y potenciales a partir de distribuciones continuas sencillas usando la ley de Gauss. D. Resolución de circuitos de corriente continua. No parece oportuno, salvo el caso de alumnos muy avanzados, introducir los lemas de Kirchoff y aplicarlos. E. Cálculos sencillos de acción de fuerzas sobre cargas y de campos creados por elementos de corriente. F. Visualización de líneas de fuerza de imanes y electroimanes G. Producción de corriente eléctrica a partir de una dínamo manual y medida de su resultado. Utilización del aparato como motor. Análisis de distintos aparatos que usen ondas electromagnéticas. 5

7 4. ÓPTICA. Se trata de rememorar las controversias sobre la naturaleza de la luz y que propiedades explica cada una de las opciones, corpuscular y ondulatoria, Por otra parte es interesante glosar las figuras de los padres de la óptica geométrica, Snell, Fresnel, Fermat, etc. y resaltar como una concepción eminentemente matemática de los hechos es un modelo casi absolutamente análogo a la realidad. Sólo se mencionará las aliteraciones que sobre la concepción de la recta de Snell, Fermat etc., se contrapone o complementa, el concepto de línea geodésica consecuencia de la teoría de la Relatividad. Puede pasarse revista a la propagación no instantánea y los intentos de medida de la velocidad de la luz, así como de los valores obtenidos y como estos han ido evolucionando conforme se han mejorado las técnicas y el instrumental. Conceptos A. Naturaleza y velocidad de la luz: Medida de esta y su variación según el medio B. Conceptos fundamentales de óptica geométrica: Rayo, pincel, dioptrío. C. Reflexión, refracción y reflexión total. Construcción cualitativa de imágenes. D. Bases de la óptica geométrica aplicadas a espejos y lentes delgadas. Construcción gráfica de imágenes de objetos reales E. Criterios de signos según las normas DIN y fórmulas deducidas a partir de estas normas F. Instrumentos ópticos: Prisma de reflexión total, cámara fotográfica y cámara de proyección, microscopio, telescopio. ( No se trata de una visión exhaustivo de los aparatos en cuestión, sino de una revisión de algunos de ellos, por los que los alumnos demuestren especial interés o así lo aconsejen las circunstancias, por ejemplo, en un grupo predirigido fundamentalmente a la medicina o a la Biología, es fundamental el 6

8 estudio del microscopio, en tanto que en un grupo más polarizado hacia la astrofísica, sería fundamental analizar e incluso construir, algún telescopio) G. El ojo como instrumento óptico. Principales problemas de visión y su corrección mediante lentes adecuadas ( Miopía, presbicia, hipermetropía y astigmatismo) Procedimientos A. Manejo de instrumentos ópticos sencillos en el banco óptico. B. Desmontado y análisis de algún aparato óptico de especial interés, por ejemplo, un anteojo de Galileo. C. Análisis sobre esquema o despiece proporcionado por un texto o una casa comercial de algún otro aparato D. Construcción por parte de los alumnos de algún aparato óptico sencillo, como Cámara fotográfica elemental, telescopio refractor etc. 5. INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA MODERNA. Una de las ambiciones de los estudiosos de la ciencia, la antigua filosofía natural, ha sido la elucidación de los elementos básicos que constituyen la materia, ahí se impone una revisión de los primeros conceptos atomistas de Leucipo y Demócrito, pasando por los Elementos helénicos y medievales hasta llegar al modelo de Dalton, basado en la experiencia a que tuvo acceso. Se impone un breve repaso histórico sobre los modelos de Rutherford y Bohr - Sommerfeld a la par que la hipótesis cuántica de Max Planck, resaltando en el caso de este autor su honestidad científica, al aceptor un resultado contrario, o al menos no previsto dentro de sus esquemas de escuela clásica. La convergencia de la insuficiencia de los modelos mecanicistas más o menos clásicos, y una serie de avances en Física teórica, efecto fotoeléctrico, radiación de cuerpo negro, dualidad corpúsculo onda, cuestionan la validez de la aplicación de las leyes de la Física 7

9 macroscópica al mundo microscópico y propician que Heisenberg,, Schroëdinger, Dirac, Born etc. creen un nuevo cuerpo de doctrina que rompe con los esquemas de la mecánica clásica, pero que no los contradice, es la mecánica cuántica Conceptos. Modelos clásicos, breve repaso, insuficiencia de estos modelos. Efecto fotoeléctrico. Emisión de un cuerpo negro, leyes de Stefan- Boltzmann y Wien. Hipótesis cuántica de Max Planck. Espectros continuos y discretos. Espectro del hidrógeno. Series de líneas. Modelo de Bohr y extensión de Sommerfeld. Insuficiencias, Dualidad corpúsculo onda. Principios fundamentales de la mecánica cuántica en su formulación ondulatoria. Función de onda y probabilidad. Principio de indeterminación o imprecisión. Algunos resultados interesantes. Efecto Compton, efecto túnel. Microscopio electrónico. Procedimientos. Estudio de algunos espectros ya sean directos, ya en forma de diapositiva ya a través de figuras obtenidas mecánicamente, a través de un espectrógrafo. Resolución de ejemplos numéricos sencillos sobre Efecto fotoeléctrico. Dualidad corpúsculo onda. Energía asociada a un fotón Energía asociada a una partícula en movimiento y onda correspondiente Por qué sólo parece tener sentido en partículas subatómicas? Conceptos Energía atómica. Principales reacciones nucleares. Leyes de Soddy y Fanjans Defecto de masa. Radioactividad natural y artificial. Isótopos. Parámetros fundamentales periodo de semidesintegración, constante radiactiva. Fusión y fisión 8

10 Consecuencias. Contaminación. Explosivos nucleares. Fisión ( A ) fusión ( H ) mixtas ( neutrones, fisión fusión fisión, cobalto) Aplicaciones pacíficas. Datación de restos. Marcadores radiactivos. Aplicaciones médicas. Reactores nucleares Concepto de sistema dinámico. Ejemplos sencillos: Ecuaciones de predicción del tiempo meteorológico Procedimientos Resolverán problemas numéricos sencillos Sobre un mapa de España ubicarán las centrales nucleares Prepararán y expondrán un trabajo en el que tratarán de la contaminación nuclear y los tipos de contaminación que las centrales térmicas de carbón o gasóleo e hidráulicas producen (Química ya sea en forma de lluvia ácida ya como agresor de la capa de ozono, y térmica, e incluso biológica en el sentido de convertir un medio fluvial en lacustre) Recabarán información de los organismos convenientes para aportar datos complementarios a las aplicaciones de energía nuclear. Aplicarán sus conocimientos a la datación de alguna muestra, histórica, con datos reales sacados de algún centro de investigación arqueológica, por ejemplo Visitarán algún centro de medicina nuclear o asistirán a una conferencia dada por un especialista sobre las aplicaciones de la radiactividad en medicina. Crearan en Basic u otro lenguaje informático pequeños programas de recurrencia de ecuaciones sencillas, por ejemplo la logística. 9

11 CRITERIOS DE EVALUACIÓN Se establecen como criterios generales de evaluación 1 Utilizar correctamente las unidades así como los procedimientos apropiados para la resolución de problemas. 2 Conocer la ecuación matemática de una onda unidimensional. Deducirá partir de la ecuación de onda las magnitudes que intervienen: amplitud, longitud de onda, periodo. Aplicarla a la resolución de casos prácticos. 3 Reconocer la importancia de los fenómenos ondulatorios en la civilización actual y su aplicación a diversos ámbitos de la actividad humana. 4 Aplicar las leyes de Kepler para calcular diversos parámetros relacionados con el movimiento de los planetas. 5 Utilizar la ley de gravitación universal para determinar la masa de algunos cuerpos celestes. Calcular la energía que debe poseer un satélite en una determinada órbita, así como la velocidad con que debió ser lanzado para alcanzarla. 6 Calcular campos creados por cargas y corrientes y las fuerzas que actúan sobre las mismas en el seno de campos uniformes, justificando el fundamento de algunas aplicaciones: electroimanes, motores, tubos de televisión e instrumentos de medida.. 7 Explicar el fenómeno de inducción: utilizar la ley de Lenz y aplicar la ley de Faraday, indicando de que factores depende la corriente que aparece en un circuito. 8 Explicar las propiedades de la luz utilizando los distintos modelos e interpretar correctamente los fenómenos de interacción de la luz y la materia. 10

12 9 Valorar la importancia que la luz tiene en nuestra vida cotidiana, tanto tecnológicamente (instrumentos ópticos, comunicaciones por láser, control de motores) como en medicina (corrección de defectos oculares). 10 Justificar algunos fenómenos sencillos de formación de imágenes a través de lentes y espejos: telescopios, microscopios etc. 11 Explicar los principales conceptos de la física moderna y su discrepancia con el tratamiento que a ciertos fenómenos daba la física clásica. 12 Aplicar los conceptos de fisión y fusión nuclear para calcular la energía asociada a estos procesos, así como la perdida de masa que en ellos se genera. CRITERIOS DE CALIFICACIÓN Las pruebas constarán de cuestiones teórico prácticas y problemas numéricos. De acuerdo con las normas de los coordinadores de selectividad, es imprescindible que tanto unas como otros vengan acompañadas de la correspondiente explicación teórica y justificación de modelos, simplificaciones o fórmulas que se utilicen. Los resultados se darán siempre con sus unidades y acompañados de un comentario, cuando este sea necesario, en caso contrario se penalizará la nota del ejercicio en un 30%. Los problemas que requieren apoyo gráfico, como ejercicios de cálculo vectorial o de óptica geométrica, se presentarán con el máximo rigor, dibujados a escala y siempre con el material adecuado. La nota de clase constará de trabajos realizados en casa: problemas o ejercicios prácticos, de carácter obligatorio y controles aleatorios en los que se podrá disponer de material de teoría. Esta nota en su conjunto no superará el 10% de la evaluación. Los exámenes realizados en clase, supondrá al menos el 90 % de la nota de evaluación. 11

13 Cuando se realicen varios exámenes en cada trimestre, la nota que se tendrá en cuenta será la media de los exámenes realizados, siempre que se apruebe el examen final de evaluación con una nota igual o superior a cinco. En caso contrario, al ser evaluación continua, la calificación será de suspenso y deberá recuperarse. Para obtener la nota final de junio, se realizará la media de las tres evaluaciones, siempre que la última evaluación, al ser evaluación continua, haya sido aprobada con una nota igual o superior a cinco. La nota de septiembre se obtendrá a partir de la calificación obtenida en la correspondiente prueba. 12