I gas e la teoria cinetica

Percorso collegato al Capitolo 9 del volume 1 dell’opera FISICA. Modelli teorici e problem solving - Secondo biennio e quinto anno, di James S. Walker.

Capitolo 9 I gas e la teoria cinetica

Proponiamo un esempio di percorso didattico relativo al Capitolo 9 del volume 1, I gas e la teoria cinetica, mediante il quale è possibile organizzare la didattica a distanza.
Il testo di riferimento è disponibile per i docenti e gli studenti sotto forma di libro digitale statico (ITE) e costituisce una solida base dalla quale partire per condividere sia le pagine da studiare, sia le risorse digitali correlate.
Per semplificare il lavoro, i link qui forniti consentono l’attivazione diretta di tutti i materiali, che sono reperibili anche accedendo a My Pearson Place con il codice associato al volume.
Ricordiamo che l’intera Guida per il docente in formato PDF è scaricabile dall’ITE (Area docenti).

Per cominciare: preparare i materiali

Da questo link è possibile scaricare la lezione in Power Point, un unico file relativo all’intero capitolo, organizzato per paragrafi, che può essere adattato e modificato a proprio piacimento, eventualmente estrapolando i contenuti relativi a uno o più paragrafi.
Facciamo presente che le slide contengono, oltre a un’esposizione sintetica della teoria, anche l’intero testo dei Problem solving nell’ordine in cui compaiono nel volume e tutti gli inserti illustrati Real Physics.

Ricordiamo che è possibile registrare la propria voce sulle slide in PPT (scarica il PDF per vedere come fare) ed esportare un video da condividere con gli studenti nella modalità concordata con la scuola per erogare le lezioni a distanza.

Consigliamo di prevedere dei momenti di “lezione frontale” in formato video (in diretta o registrati), della durata massima di 10-15 minuti, intervallati da momenti esercitativi o di confronto, come proposto di seguito per i paragrafi considerati.

Il testo Richiami sulla termologia, posto in appendice del volume, può essere somministrato alla classe in modalità capovolta (lettura del testo, su carta o in digitale, prima della lezione a distanza, e svolgimento di alcuni tra gli esercizi proposti), e poi ripreso con l’aiuto delle slide nei primi minuti di lezione. Costituisce un utile ripasso dei concetti di termologia già introdotti nel primo biennio (temperatura, calore, capacità termica e calore specifico, equilibrio termico, cambiamenti di stato).

Paragrafo 1. Temperatura e comportamento termico dei gas

In questo paragrafo si introduce il concetto di zero assoluto; nel corso della lezione si può attivare la figura 1 attraverso il video (TUTOR Disegno attivo): I termometri a gas perfetto
Si consiglia di invitare gli studenti a cercare online, e quindi condividere, uno o più filmati nei quali sia mostrato il funzionamento di un vero termometro a gas (per esempio questo, in lingua inglese); è utile per comprendere come viene regolata l’altezza del mercurio nel ramo “libero” del tubo.

Paragrafo 2. Gas ideali

Si introducono qui l’equazione di stato dei gas ideali, la costante universale dei gas e la costante di Boltzmann.

Al cuore del paragrafo si trova la scheda del Problem solving 1, che permette un primo approccio, mediato, all’applicazione dei concetti esposti. La scheda è integrata per intero nelle slide di Power Point e quindi risulta immediatamente disponibile per un’esposizione guidata alla classe.
Dopo aver spiegato passo passo il problema, seguendo la traccia, si può proporre agli studenti la risoluzione del Prova tu posto in chiusura, in un tempo stabilito, e poi chiedere a uno o più di loro di esporre il risultato, condividendo la strategia risolutiva.

In questo paragrafo, inoltre, si introducono i concetti di mole e di numero di Avogadro.
Ricordiamo che la definizione di mole è stata aggiornata nel maggio del 2019. Si potrà chiedere a uno o più studenti una breve ricerca al riguardo, da condividere con la classe. Il sito di riferimento in Italia è quello dell’Inrim (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica). Molto utile e chiaro è il video realizzato dallo stesso Istituto proprio per spiegare la nuova definizione di mole.

Infine, con riferimento ai primi 2 paragrafi, si possono assegnare a casa dei problemi a scelta della sezione Risolvi i problemi in chiusura del capitolo.
Un’ampia scelta di prove e problemi si trova anche nella sezione esercitativa posta in chiusura del modulo di Termodinamica, dopo il capitolo 10.

Paragrafo 3. La legge dei gas ideali

Si ricostruisce qui il percorso storico che ha portato all’equazione di stato dei gas ideali, introducendo la legge di Boyle e le leggi di Gay-Lussac e mostrandone la coerenza con l’equazione di stato stessa.
Suggeriamo la visione del disegno attivo (video) La legge di Boyle.
Dopo aver spiegato passo passo il Problem solving 2 (seguendo la traccia nel Power Point), si può proporre agli studenti la risoluzione del Prova tu posto in chiusura, in un tempo stabilito, e poi chiedere a uno o più di loro di esporre il risultato, condividendo la strategia risolutiva.

Un’interessante attività che può essere assegnata agli studenti e da loro svolta in autonomia è quella presentata nella scheda Laboratorio con GeoGebra La legge di Boyle: seguendo passo passo le istruzioni è possibile riprodurre l’andamento della funzione che descrive la legge di Boyle e osservare come si modifica al variare della temperatura.
A chi ha dimestichezza con il software di GeoGebra è possibile assegnare anche l’attività di Prova tu posta in chiusura.
Nel corso della lezione successiva si può verificare se i ragazzi hanno incontrato delle difficoltà e aprire un confronto, mantenendo il focus sul significato fisico (e matematico) dei grafici delle funzioni rappresentate.

Infine, con riferimento al paragrafo 3, si possono assegnare a casa dei problemi a scelta della sezione Risolvi i problemi in chiusura del capitolo.
Un’ampia scelta di prove e problemi si trova anche nella sezione esercitativa posta in chiusura del modulo di Termodinamica, dopo il capitolo 10.

Paragrafo 4. La teoria cinetica dei gas

Suggeriamo la visione dei disegni attivi (video):
Forza esercitata da una molecola su una parete del contenitore
Distribuzione delle velocità di Maxwell

Dopo aver spiegato passo passo il Problem solving 3 (seguendo la traccia nel Power Point), si può proporre agli studenti la risoluzione del Prova tu posto in chiusura, in un tempo stabilito, e poi chiedere a uno o più di loro di esporre il risultato, condividendo la strategia risolutiva.

Infine, con riferimento al paragrafo 4, si possono assegnare a casa dei problemi a scelta della sezione Risolvi i problemi in chiusura del capitolo.
Un’ampia scelta di prove e problemi si trova anche nella sezione esercitativa posta in chiusura del modulo di Termodinamica, dopo il capitolo 10.

Paragrafo 5. Energia e temperatura

Si introducono qui la relazione tra energia cinetica media delle molecole e temperatura in un gas ideale e il concetto di energia interna di un gas ideale.
Suggeriamo la visione del disegno attivo (video) Gradi di libertà delle molecole.
Con riferimento al paragrafo 5 si possono assegnare a casa dei problemi a scelta della sezione Risolvi i problemi in chiusura del capitolo.
Un’ampia scelta di prove e problemi si trova anche nella sezione esercitativa posta in chiusura del modulo di Termodinamica, dopo il capitolo 10.

Per il CLIL e per la verifica in autonomia

Per il CLIL è disponibile la scheda di approfondimento Planetary Atmospheres, completa di apparato didattico e di audio in lingua inglese.

Per l’autoverifica in autonomia è disponibile la versione interattiva della Verifica di conoscenze e abilità di fine capitolo.

Ricordiamo infine che nel Didastore accessibile dalla pagina di ingresso all’opera in My Pearson Place sono disponibili altri contributi digitali per l’approfondimento e per la verifica.

La lezione è offerta dalla redazione di Pearson per le Scienze, il nuovo marchio editoriale per l'area scientifica della Scuola secondaria, nell'ambito del progetto Pearson Kilometro Zero, imparare e formarsi a distanza.

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