SM Física. divulgação. Comparativos curriculares. Material de. A coleção Ser Protagonista Física e o currículo do Estado de Santa Catarina

Transcrição

1 Comparativos curriculares SM Física Material de divulgação de Edições SM A Física e o currículo do Estado de Santa Catarina

2

3 Apresentação Professor, Devido à inexistência de um currículo de abrangência nacional no país, o momento da escolha de uma obra aprovada no PNLD pode se transformar em uma fonte de incertezas para o professor das escolas públicas. Os Comparativos Curriculares SM foram elaborados para auxiliá-lo a tomar decisões com mais confiança e conhecimento. Organizados em forma de tabelas, os comparativos listam os conteúdos recomendados na Proposta Curricular de cada estado e indicam os capítulos e as seções da Edição PNLD 2015 em que tais conteúdos estão presentes. Desejamos que sua escolha seja a mais adequada para você e seus alunos. Edições SM Gerência editorial: Angelo Stefanovits Elaboração das tabelas: Venerando Santiago de Oliveira Revisão: Equipe SM Assistência administrativa editorial: Alzira Aparecida Bertholim Meana, Camila de Lima Cunha, Fernanda de Araújo Fortunato, Flávia R. R. Chaluppe, Silvana Maria Siqueira 3

4 Comparativos Curriculares SM Física Ensino médio 4

5 Estado de Santa Catarina Coleção Ser Protagonista Física 1 1 o ano A importância das medições MECÂNICA (...) A Mecânica, desenvolvida na primeira série, deveria começar pela dinâmica, especialmente pelas leis de conservação das quantidades de movimento e da energia, dirigindo-se sobretudo para os elementos de vivência diária, tais como veículos, máquinas e outros equipamentos, com sua propulsão e seu freiamento, evitando-se as introduções alongadas da cinemática, tão comum em nossas escolas, coibindo-se assim a abstração e matematização precoces. (...) O desenvolvimento de uma percepção da ideia de conservação das quantidades de movimento, por sua vez, deve preceder sua formulação como princípio, assim como deve preceder a própria formulação das leis de Newton. Ganhar consciência das regularidades que presidem a própria definição de quantidade de movimento e de energia é uma etapa extremamente importante. (...) A busca, pelos alunos, da lógica das regularidades da natureza, ao investigarem movimentos e inércias, forças conjugadas, torques recíprocos, enfim o desenvolvimento da compreensão do que se denomina mecânica, pode ser uma etapa decisiva na sua construção intelectual. A fenomenologia envolvida está toda ao seu alcance, em máquinas, autos e motos, ou num intrigante sistema solar, que desafiou por milênios a inventividade dos astrônomos e, hoje, pode ser visto como um bem azeitado e ajustado mecanismo, graças a leis universais percebidas por Kepler e formuladas por Newton. Neste início do ensino médio, uma maturidade cada vez maior para o raciocínio abstrato se associa à inquietude dos adolescentes, permitindo o ousado salto de qualidade que é acompanhar esta notável construção do espírito humano. Se a principal vantagem de se aprender a Mecânica na primeira série está no fato de seu conhecimento poder ser construído a partir de um sentido prático e vivencial macroscópico, que dispensa inicialmente modelagens do mundo microscópico ou submicroscópico. Outra razão é que ela, no enfoque adotado, privilegia o aprendizado de princípios gerais, como os de conservação das quantidades de movimento e da energia; ferramentas conceituais para as demais disciplinas da física e das demais ciências. (...) Mesmo que já pareça ambicioso, para se completar efetivamente uma reformulação de conteúdos no ensino de física da escola média, o programa acima esboçado ainda está incompleto. Pouco se tocou no microcosmo e nem se falou do macrocosmo. Na realidade, a primeira série já se prestaria a uma introdução à cosmologia, começando pelo sistema solar, como amplo e múltiplo exemplo sistêmico das leis de conservação, no domínio do campo gravitacional, podendo chegar até à compreensão da mecânica de nossa galáxia. (...) Introdução à Física (p. 8 a 29) Capítulo 1: Movimento uniforme (p. 32 a 52) Capítulo 2: Movimento uniformemente variado (p. 53 a 72) Capítulo 3: Movimento circular (p. 73 a 91) Grandezas físicas e medidas Grandezas escalares e grandezas vetoriais Representações de medidas O movimento depende do referencial Cinemática escalar Cinemática vetorial Movimento uniforme Movimentos com velocidade variável A equação horária da posição no MUV A equação de Torricelli Movimento acelerado e movimento retardado Queda livre Lançamento vertical Lançamento oblíquo Período e frequência Grandezas angulares Movimento circular uniforme Transmissão de movimento circular 5

6 Estado de Santa Catarina Coleção Ser Protagonista Física 1 Força como interação Inércia e a primeira lei de Newton Capítulo 4: Forças e leis de Newton (p. 102 a 148) O princípio fundamental da dinâmica e a segunda lei de Newton O princípio da ação e reação e a terceira lei de Newton (continuação) MECÂNICA Capítulo 5: Impulso e colisões (p. 149 a 169) Capítulo 6: Energia e trabalho (p. 170 a 207) Capítulo 8: Equilíbrio (p. 240 a 253) Aplicações das leis de Newton Forças no movimento circular Quantidade de movimento Impulso Colisões Energia e trabalho Trabalho de uma força Energia cinética Energia potencial e forças conservativas Energia mecânica Potência e rendimento Relação entre equilíbrio e força Torque Centro de massa Alavancas Alavancas do corpo humano 6

7 Física 1 (continuação) MECÂNICA Capítulo 9: Estudo dos fluidos (p. 254 a 281) Capítulo 7: Gravitação (p. 208 a 227) Conteúdo trabalhado no volume 3 da coleção Capítulo 10: A Física do muito grande (p. 270 a 287) O que são fluidos Grandezas básicas no estudo dos fluidos Princípios básicos no estudo dos fluidos Flutuação Alguns fenômenos básicos que envolvem fluidos líquidos Tensão superficial / Capilaridade Os primeiros modelos cosmológicos Modelo aristotélico Modelo ptolomaico Modelo copernicano O Sol volta para o centro depois de mil anos Galileu e a defesa do modelo copernicano Leis do movimento planetário (Kepler) Lei da gravitação universal (Newton) Movimento dos satélites artificiais Velocidade orbital Velocidade de escape Texto: A Terra sem a Lua Relação entre g e G Variação de g com a altitude Medidas astronômicas Estrelas Supernovas, pulsares e buracos negros 7

8 Estado de Santa Catarina Coleção Ser Protagonista Física 2 2 o ano Conceitos básicos: temperatura e calor Energia interna Medidas de temperatura: escalas termométricas Processos de transferência de calor TERMODINÂMICA Talvez tão universal quanto a Mecânica, no sentido de estar presente em todas as situações e campos disciplinares, seja a Termodinâmica, tratada já no primeiro semestre da segunda série. Mais uma vez, é preciso olhar criticamente o que se comumente se ensina, a começar pelo que costuma denominar de termologia, em que as medidas de temperatura se restringem ao estudo dos termômetros clínicos de dilatação e a conversões de escala de discutível utilidade. Pelo contrário, é preciso evitar esta tradicional limitação, mostrando que diferentes faixas de temperatura exigem termômetros de diferentes naturezas, usando diferentes propriedades termométricas, como os termopares ou como o termômetro óptico, essencial, por exemplo, para fornos siderúrgicos. Ao mesmo tempo que se verifica a variação de propriedades dos materiais com a temperatura, se identificam propriedades que permitem a construção de termômetros. Pode-se dizer o mesmo dos pontos de mudança da fase da água. Na realidade, os aspectos mais interessantes da termodinâmica estão associados à transformação de energia térmica em mecânica, ou seja, à conversão calor trabalho, onde é bastante significativa a introdução da primeira lei da termodinâmica, a da conservação da energia, e da segunda lei, a da degradação da energia. Ambas mais vantajosamente tratadas no estudo de máquinas térmicas reais, como a turbina e os motores a combustão interna e refrigeradores domésticos. Os ciclos ideais devem coroar e não substituir o aprendizado das máquinas reais. A compreensão de ciclos naturais, da água, dos ventos e do carbono, todos essencialmente influenciados pelo Sol, facilitará, em seguida, o conhecimento dos ciclos das máquinas térmicas. Capítulo 1: Temperatura e calor (p. 10 a 29) Capítulo 2: Transferência de calor (p. 30 a 65) Transferência de calor por convecção Os ventos e a convecção Transferência de calor por irradiação Exemplos de aplicação tecnológica da irradiação térmica Texto: Por que respeito os céticos do aquecimento global Variação de temperatura Capacidade térmica e calor específico O calor específico da água Calorímetros e seus usos Equilíbrio térmico e variação de temperatura Dilatação e contração térmica Dilatação dos sólidos Dilatação dos líquidos Dilatação dos gases Mudança de estado físico Influência da temperatura e pressão Calor latente Equilíbrio térmico e mudanças de estado Curvas de aquecimento e de resfriamento Diagrama de fases 8

9 Física 2 Modelo de gás ideal Capítulo 3: Estudo dos gases (p. 72 a 94) Transformações termodinâmicas Equação de estado dos gases ideais Equação de Clapeyron Teoria cinética Trabalho e calor trocados entre um gás e o meio Energia interna de um gás ideal A primeira lei da termodinâmica (continuação) TERMODINÂMICA Transformações termodinâmicas Transformações cíclicas Capítulo 4: Leis da termodinâmica (p. 95 a 124) A segunda lei da termodinâmica Cálculo de rendimento de uma máquina térmica O ciclo de Carnot Irreversibilidade das transformações térmicas Entropia Máquinas térmicas: motores a combustão Máquinas refrigeradoras 9

10 Estado de Santa Catarina Coleção Ser Protagonista Física 2 ÓPTICA O semestre seguinte, dedicado à Ótica, pode ser aberto com o estudo de fontes de luz, como lâmpadas, chamas, Sol, e dos registros de imagens, como a fotografia, as fotocopiadoras e as filmadoras de vídeo. Na realidade, isto abre uma série de questões sobre a natureza quântica da luz, não só por conta da fotoquímica e dos componentes baseados em semicondutores, o que não significa a resolução de complicadas equações, mas o desenvolvimento de conceitos. (...) É essencial a explicitação da natureza quântica da luz, pois é inaceitável tratá-la como onda clássica, como muitas vezes ainda se faz. De resto, as cores dos objetos e dos filtros de luz, e a forma como são percebidas pelos nossos olhos ou por equipamentos óticos, são efeitos quânticos, que não são compreensíveis de outra forma; isso sem mencionar o laser e outros processos mais especializados, já amplamente incorporados à tecnologia de nosso cotidiano, nas transmissões a cabo e nos CD s. A tradicional ótica geométrica continua tendo seu lugar, no ensino médio, a começar pelo aprendizado do funcionamento do olho humano, das lentes corretoras e de como atuam sobre os defeitos da visão, antes de se aprender a compor lentes, em aparelhos mais complexos. Poderia ser iniciada a ótica por esta parte, mas o risco de se começar pela ótica geométrica, em lugar da ótica física, é semelhante ao risco de, na mecânica, fazer isto com cinemática, ou no eletromagnetismo com a eletrostática; pode-se perder um tempo precioso, tratando a luz como se fosse um raio, enquanto notáveis processos fundados na compreensão quântica da luz e já amplamente utilizados continuarão a só ser descobertos por poucos alunos, que eventualmente tenham acesso a revistas e livros de divulgação científica. (...) No segundo ano, já se introduz um modelo quântico de átomo, mas é no terceiro que caberia a introdução das forças nucleares, senão por outra razão, pelo menos para se explicar por que não explodem o núcleo com tantos prótons tão próximos, repelidos por uma brutal força coulombiana, tendo no denominador da expressão desta força o quadrado de uma distância infinitesimal. (...) Capítulo 7: Reflexão da luz (p. 198 a 229) Capítulo 8: Refração da luz (p. 230 a 250) Capítulo 9: Lentes esféricas (p. 251 a 271) Modelos para a luz Princípios de propagação da luz Sombra e penumbra Reflexão da luz: tipos e leis Espelhos planos / Espelhos esféricos As cores Cores primárias Índice de refração Leis da refração da luz Efeitos da refração da luz Modelos sobre a refração da luz Reflexão total / Fibras ópticas Dispersão da luz / O arco-íris Refração da luz na atmosfera Tipos de lentes esféricas Lentes convergentes e lentes divergentes Formação de imagens com lentes esféricas Telescópio refrator Microscópio óptico composto Projetores ópticos 10

11 Física 2 (continuação) ÓPTICA Conteúdo trabalhado no volume 3 da coleção Capítulo 9: A Física do muito pequeno (p. 240 a 269) Estrutura da matéria O átomo de Dalton O átomo de Thomson O átomo de Rutherford As limitações do modelo atômico de Rutherford O átomo de Bohr Interpretação do modelo de Bohr O modelo contemporâneo do átomo Física quântica / O trabalho de Planck A dualidade onda-partícula 11

12 Estado de Santa Catarina Coleção Ser Protagonista Física 3 3 o ano ELETROMAGNETISMO E FÍSICA MODERNA A terceira série será quase toda dedicada ao Eletromagnetismo, começando vantajosamente por um primeiro tratamento formal de sistemas resistivos e, em seguida, por sistemas motores, que são os dois grandes conjuntos de fenômenos com que iniciamos o aprendizado desta disciplina. O que se falou da cinemática e da ótica geométrica também vale, como mencionado anteriormente, para a eletrostática. Deixá-la para depois e com menos ênfase poupa tempo, e dá mais sentido de realidade ao estudo do eletromagnetismo. A existência das cargas elétricas pode ser assumida desde cedo, mas são as correntes elétricas que constituem uma realidade mais vívida e perceptível, por isso, é importante iniciar por elas. É preciso, desde logo, garantir uma compreensão integrada de fenômenos elétricos e magnéticos, o que deveria ser feito com a presença de geradores e motores reais, que podem ser precedidos por medidores analógicos, tendo por base galvanômetros. Só isso já constitui uma revolução no velho ensino médio da eletricidade que, na prática, se restringe a um estudo da eletrostática, de circuitos de corrente contínua, e de efeitos resistivos de correntes e, mesmo assim, terminando sem dar aos alunos critérios para definir por que um dado circuito deve ser protegido por um fusível para 10 e não para 30 ampéres, e sem dar a mínima ideia nem de como se opera uma chave disjuntora, que hoje substitui o fusível. Motores e geradores elétricos... nem pensar! Que dizer de rádio e TV? Para tratar a eletrônica da telecomunicação e da informação, a presença dos semicondutores apresenta uma fenomenologia não explicável pelo eletromagnetismo clássico. Assim como a fotoquímica e a fotoeletricidade são fundamentais para se compreender a fotografia e a videogravação, seria artificial tratar sistemas de informação e comunicação com os velhos diodos e válvulas termiônicas, simplesmente para evitar o caráter quântico. Na realidade, não só os semicondutores, como também a própria existência de condutores e isolantes não é explicada sem o modelo quântico. (...) No segundo ano, já se introduz um modelo quântico de átomo, mas é no terceiro que caberia a introdução das forças nucleares, senão por outra razão, pelo menos para se explicar por que não explodem o núcleo com tantos prótons tão próximos, repelidos por uma brutal força coulombiana, tendo no denominador da expressão desta força o quadrado de uma distância infinitesimal. (...) O espectro de radiações nucleares alfa, beta e gama pode ser tratado, de início, fenomenologicamente, lado a lado com as radiações eletromagnéticas penetrantes, como os raios X, abrindo-se espaço para uma rediscussão da dualidade onda partícula nas radiações duras, para as modelagens do núcleo e para a introdução das interações nucleares fracas e fortes. Independentemente da sequência, o que parece mais essencial é procurar mostrar as interações nucleares, seu alcance e intensidade, juntamente com as interações gravitacional e eletromagnética, mostrando os domínios em que cada força é hegemônica e os domínios em que elas competem. Capítulo 1: Carga elétrica (p. 10 a 30) Capítulo 2: Campo e força elétrica (p. 31 a 53) Capítulo 3: Corrente elétrica (p. 54 a 79) Carga elétrica: história, modelo atômico e propriedades Condutores e isolantes Processos de eletrização Força elétrica Campo elétrico Energia potencial elétrica Potencial elétrico Corrente elétrica e condutividade em metais Resistência elétrica e a 1 a lei de Ohm Resistividade elétrica e a 2 a lei de Ohm Eletricidade, resistência e choques elétricos Potência elétrica Resistência elétrica e efeito Joule Cálculo de consumo de energia elétrica 12

13 Física 3 Definição de circuitos elétricos Capítulo 4: Circuitos elétricos (p. 80 a 113) Associação de resistores Circuitos residenciais Geradores (continuação) ELETROMAGNETISMO E FÍSICA MODERNA Capítulo 6: Campo e força magnética (p. 136 a 166) Capítulo 7: Indução eletromagnética (p. 167 a 200) Receptores Magnetismo em ímãs e bússolas Campo magnético Força magnética Movimento de uma partícula em um campo uniforme Campos magnéticos de correntes elétricas em fios retilíneos Campo magnético de uma espira circular Campo magnético em um solenoide Eletroímã Galvanômetros e motores elétricos A descoberta da indução eletromagnética Lei de Faraday Geradores de corrente alternada Lei de Lenz Campo elétrico induzido Campo magnético induzido As leis de Maxwell 13

14 Estado de Santa Catarina Coleção Ser Protagonista Física 3 O que é energia Usinas geradoras de eletricidade O caminho da energia: das usinas às residências A energia chega às residências Capítulo 8: Produção e consumo de energia elétrica (p. 201 a 225) O problema da escassez mundial de energia Energias renováveis e energias não renováveis A importância de economizar energia elétrica (continuação) ELETROMAGNETISMO E FÍSICA MODERNA Princípios que conduzem à economia de energia elétrica Texto: Urbanização, energia e eletricidade O átomo de Bohr Interpretação do modelo de Bohr A dualidade onda-partícula Capítulo 9: A Física do muito pequeno (p. 240 a 269) O modelo contemporâneo do átomo A Física das partículas elementares Tipos de partículas elementares Quarks e léptons / Hádrons Física nuclear / A descoberta da radioatividade 14

15 Física 3 Decaimento radioativo (continuação) ELETROMAGNETISMO E FÍSICA MODERNA Capítulo 9: A Física do muito pequeno (p. 240 a 269) Alteração do núcleo atômico Fissão e fusão nuclear Efeitos biológicos da radiação ionizante Aplicações tecnológicas Eletrônica e informática Propriedades e papéis dos semicondutores nos dispositivos microeletrônicos Elementos básicos da microeletrônica; armazenamento e processamento de dados (discos magnéticos, CDs, DVDs, leitoras e processadores) Impacto social e econômico contemporâneo da automação e da informatização Esses conteúdos não são trabalhados explicitamente na coleção. 15

16 Edições SM Ltda