Física IV

Escuela Normal Superior N° 32
“General San Martín”
Saavedra 1751 – (3000) – Santa Fe
Tel./Fax (0342) 4572932
PLANIFICACIÓN
AÑO ACADÉMICO 2016
Carrera:
Profesorado de Física
Decreto Provincial N° 0696/01
Espacio:
FÍSICA IV
Horas:
5 horas
Dictado:
Anual
Modalidad de Dictado:
Materia
Curso:
4to Año
Docente:
González, Darío Alberto
1
FUNDAMENTACIÓN
La Física del siglo XX ha llegado a dar una visión de la naturaleza expresada
básicamente en la permanente interacción de unos pocos componentes (electrones,
protones, iones, fotones, partículas elementales), respetando ciertos principios de
conservación. Con ello ha producido una valiosa síntesis conceptual aportando elementos
básicos para la interpretación de las manifestaciones de la estructura atómico-molecular de
la materia y la comprensión de fenómenos microscópicos. Así, se ha producido el
solapamiento de las fronteras entre la Física y la Química, vinculadas con áreas de
conocimiento tales como la Metalurgia, la Biología, las Neurociencias, entre otras.
El conocimiento de los modelos acerca de la estructura de la materia que se propusieron
a lo largo de la historia permite analizar los procesos de organización de una estructura
conceptual jerárquica, con una progresiva modulación de líneas de pensamiento para
permitir el tránsito desde las formas clásicas hacia la cuántica.
En esta unidad curricular se promueve el análisis y la reflexión de experimentos cruciales
que introdujeron una serie de hechos y comportamientos no explicables en el contexto
teórico de la Física de fines del siglo XIX. El análisis no supondrá una reflexión histórica
cronológica sino la consideración de una estructura conceptual en crisis y los esfuerzos del
pensamiento físico para modelar y explicar mediante argumentos teóricos válidos.
Progresivamente se irán incorporando en la presentación y desarrollando en sus alcances
aquellos conceptos y principios que constituyen los fundamentos de la Mecánica Cuántica.
Se pondrá especial énfasis en discutir las bases del pensamiento cuántico, los formalismos
asociados y los significados atribuidos.
Sobre la base de los fundamentos cuánticos y estadísticos, se introducirán los modelos
construidos para interpretar los comportamientos de los sistemas sólidos y las estructuras
cristalinas. Se introducirá al conocimiento de interés actual en la investigación científica.
Se aplicarán los enfoques cuánticos y estadísticos en la estructuración de modelos y el
análisis de comportamientos de los sistemas nucleares. El estudio del núcleo atómico y de
sus procesos de desintegración permitirá acercarse con fundamentos al debate sobre
energía nuclear. También se incorporarán los fundamentos y las bases teóricas de la Física
de las partículas elementales.
OBJETIVOS GENERALES
 Conocer las ideas fundamentales en las nuevas teorías de la Física.
 Reconocer y valorar la evidencia experimental como la justificación
última de las teorías científicas en general y físicas en particular.
 Adquirir autonomía para avanzar en el estudio de estas teorías y sus
consecuencias.
2
 Reconocer la influencia de la Física Moderna en la tecnología
presente.
Objetivos Específicos





Reconocer los límites de validez de las teorías clásicas para la interpretación de la
estructura microscópica de la materia.
Consolidar un saber disciplinar básico de la Mecánica Cuántica que permita al
profesor en Física mostrar las estructuras conceptuales de la Física Atómica y
Nuclear en la educación secundaria y que favorezca la integración con otras
disciplinas del campo de las ciencias naturales, las ciencias sociales y la Tecnología.
Comprender que la conceptualización de un sistema cuántico requiere ingresar en un
nuevo dominio explicativo y aceptar categorías que desafían a las originadas en la
experiencia macroscópica, acerca del comportamiento ondulatorio y corpuscular
como mutuamente excluyentes.
Comprender que la Mecánica Cuántica, vinculada con la Teoría de la Relatividad,
provee el marco adecuado para describir las interacciones fundamentales a nivel subnuclear y en el rango de altas energías.
Aportar elementos teóricos que posibiliten una reflexión sobre aspectos
epistemológicos, históricos y sociales del proceso de producción de conocimientos
científicos en el último siglo y del desarrollo de alternativas tecnológicas.
CONTENIDOS
a) CONTENIDOS CONCEPTUALES
Unidad I:
La cuantización de la materia, la carga y la radiación
Modelos de materia (Boyle, Bernoulli, Dalton y Avogadro). Conceptos de átomo y
molécula. El sistema periódico de Mendeléeff. La electrólisis de líquidos y las leyes de
Faraday. Descargas en gases. Carga específica. La carga del electrón. Radiación del cuerpo
negro. La interpretación clásica de Rayleigh y Jeans. La hipótesis de Planck. El fotón. El
efecto fotoeléctrico. Propiedades ondulatorias de las partículas. Difracción de electrones.
Unidad II:
El átomo nuclear
Los espectros atómicos. Análisis espectral. Experimento de Rutherford: el núcleo
atómico. El modelo de Bohr. Principio de correspondencia. Interpretación de las líneas
espectrales.
Unidad III:
Génesis y desarrollo de la mecánica cuántica
La hipótesis de De Broglie. Estado cuántico. Ecuación de Schrödinger. La función de
onda y su interpretación probabilística. El principio de incerteza de Heisenberg.
3
Complementariedad de la naturaleza ondulatoria y corpuscular. Estados estacionarios y
niveles de energía. El experimento de Frank y Hertz. Los números cuánticos. La naturaleza
dual de los sistemas cuánticos. Difracción e interferencia de electrones.
Unidad IV:
Estructura cuántica de la materia
El átomo de H. Interacción espín-órbita.
Modelo cuántico del átomo: el átomo de H. El concepto de orbital. Interacción espínórbita. Experimento de Stern y Gerlach. Momento angular orbital y de spin.
Átomos polielectrónicos. Principio de exclusión de Pauli. Configuración electrónica y
término fundamental de átomos polielectrónicos. Interpretación de la Tabla Periódica de los
Elementos.
Sistemas moleculares. Molécula de H2+. Orbitales moleculares. Enlaces iónico y
covalente. Moléculas poliatómicas. Estadísticas cuánticas. Distribución de Fermi-Dirac.
Distribución de Bose-Einstein. Sólidos. Teoría de Bandas. Conductores, aislantes,
semiconductores, superconductores. Diamagnetismo, ferromagnetismo y paramagnetismo.
Aplicaciones.
Unidad V:
El núcleo atómico
Propiedades. Isótopos, isótonos e isóbaros. Energía de ligadura. Fuerzas nucleares.
Modelo de capas. Desintegración nuclear. Reacciones nucleares. Aplicaciones.
Partículas elementales. Interacciones fundamentales. Tipos de partículas elementales.
b) CONTENIDOS PROCEDIMENTALES






Identificación de problemas y planteo de preguntas problematizadoras.
Recolección, selección y organización de información de diferentes fuentes.
Selección de datos apropiados para el planteo y la resolución de problemas.
Interpretación de información.
Análisis e interpretación de situaciones a partir de principios y modelos.
Comunicación de información.
c) CONTENIDOS ACTITUDINALES




Curiosidad e interés por aprender.
Respeto por el pensamiento ajeno y el conocimiento producido por otros.
Valoración de un espacio de investigación en el país que contribuya al desarrollo del
conocimiento científico.
Valoración del trabajo cooperativo y solidario en la construcción de conocimientos.
4



Valoración del buen clima de funcionamiento grupal basado en la propuesta de una
tarea que promueva el interés y el respeto mutuo.
Valoración crítica de las posibilidades y limitaciones de las ciencias naturales en su
aporte a la comprensión y la transformación del mundo natural.
Posición reflexiva, analítica, crítica y prospectiva ante los mensajes de los medios de
comunicación respecto de la divulgación científica.-
ACTIVIDADES METODOLÓGICAS
Se orientará al alumno hacia el estudio independiente a través de la provisión de
material seleccionado para su lectura y apropiación de los distintos contenidos conceptuales.
En todo momento se tratará que el alumno descubra conceptos, relaciones y
principios con la ayuda y guía del profesor, ya sea en forma oral o mediante la resolución de
ejercicios y/o problemas gradualmente pautados. Para cada tema se prevé un grupo de
ejercicios y problemas de: fijación, refuerzo, razonamiento y profundización e integración.
Las actividades problemáticas a desarrollar, una vez resuelto de manera escrita,
deberán ser explicadas por los alumnos en forma oral, pudiendo de este modo fundamentar
sus procedimientos y mejorar su expresión oral.
TÉCNICAS Y RECURSOS







Exposiciones dialogadas.Formulación y evaluación de modelos.Resolución de problemas.Planteo de problemas.Trabajos con software educativos.Trabajos en el laboratorio.Aula Virtual.-
BIBLIOGRAFÍA








Saers. Zemansky.Young. (2013). Física Universitaria. Volumen II. Editorial. Addison Wesley.Alonso, M. y Finn, E. (1992). Física. Tomo III. Bogotá: Fondo Educativo Interamericano.
Beiser, A. (1988). Conceptos de Física Moderna. México: Ed. Mc Graw Hill.
Berkeley Physics Course. (1974). Física Nuclear. Barcelona: Reverté.
Eisberg, R. (1978). Fundamentos de Física Moderna. México: Limusa.
Feynman, R.; Leighton, R. y Sands, M. (1993). The Feynman Lectures on Physics. Volumen
III: Mecánica Cuántica. Addison-Wesley Iberoamericana.
Fishbane, P.; Gasiorowicz, S. y Thornton, S. (1994). Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen
II. México: Prentice Hall Hispanoamericana.
Gettys, W. Keller, F. y Skove, M. (2005). Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen II.
México: Mc Graw Hill.
5




Giancoli, D. (2009). Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen II. México: Pearson
Educación.
Kittel, C. (1995). Introducción a la Física del Estado Sólido. Barcelona: Reverté.
Reimann, A. L. (1981). Física Moderna. México: CECSA.
Resnick, R.; Halliday, O.; Krane, K. (2004). Física. México: CECSA.
INFORMACIÓN SOBRE CORRELATIVIDADES
Debe tener
PARA RENDIR
Física IV
Aprobado
Física III
Mecánica Racional
Regularizado
Probabilidad y Estadística
EVALUACIÓN Y PROMOCIÓN
Tipo de Cursado: Presencial
 Condiciones para obtener la Regularidad:
1. Asistencia: 75%
2. Trabajos Prácticos: 70% aprobados y 100% presentados.
3. Evaluaciones Parciales: Un parcial aprobado con calificación mínima 6 (seis); con derecho a un
recuperatorio a tomarse posterior al último parcial del año.
 Condiciones para la Promoción Directa:
1. Asistencia: 75% Asistencia
2. Trabajos Prácticos: 100 % aprobados.
3. Evaluaciones Parciales:
 2 (dos) Parciales Aprobados con calificación promedio mínima 8 (ocho).
 Aprobación de un COLOQUIO INTEGRADOR.
4. Respecto a los recuperatorios.
* 1 parcial aprobado (1º o 2º) 1 parcial desaprobado con su recuperatorio (posterior al último
parcial)
* 2 parciales desaprobados con recuperatorio integral (posterior al último parcial).
Tipo de Cursado: Semi-presencial
1. Asistencia: 40 % de asistencia en cada cuatrimestre
2. Trabajos Prácticos: 60% aprobados 60 % entregados
6
3. Evaluaciones Parciales: Un parcial aprobado con calificación mínima 6 (seis); con derecho a
un recuperatorio a tomarse posterior al último parcial del año.
Tipo de Cursado: Libre
 Tiene derecho a asistir a clases como oyente.
 Mantener un encuentro con el profesor para conversar sobre las ideas principales del
examen final.
 Examen final frente a Tribunal: escrito y oral, individual y presencial, del plan de
cátedras total y siguiendo la Bibliografía Base.
MODALIDAD DE EXAMEN


Examen parcial escrito
Examen final escrito.
………………………………………………
firma
Profesor de Matemática y Física
González, Darío A.
7