Terza media, annualità proposta editoriale. Gli obiettivi nazionali sono al termine della terza: questa collocazione non è un programma annuale prescritto. Per seconde e terze nell’a.s. 2026/27 il riferimento è il DM254/2012, non il nuovo regime delle prime. Lotto autonomo in bozza, non pubblicato.
Che cosa imparerai
Riconoscere sorgente, percorso conduttore e carico; distinguere un circuito aperto da uno chiuso; spiegare la differenza fra corrente ed energia; progettare un confronto in cui cambia una sola variabile; separare osservazioni e inferenze. Prerequisiti: leggere una sequenza e una tabella, riconoscere una previsione e una prova. Durata orientativa editoriale: due incontri da 45 minuti, adattabili dal docente.
Prima di tutto: soltanto carta o simulazione
Il percorso principale usa schede su carta, senza componenti elettrici reali. In alternativa il docente può usare PhET, Circuit Construction Kit: DC: la pagina descrive attività su schemi, misure, conduttori e isolanti. La prova del simulatore su uno specifico dispositivo è APERTO: non è stata eseguita per questa bozza. Se non disponibile, la lezione resta interamente eseguibile su carta. Un disegno rappresenta un modello: non è un circuito funzionante e non produce osservazioni sperimentali reali.
Un’eventuale dimostrazione reale è facoltativa e riservata al docente: solo kit scolastico a bassissima tensione, predisposto dal docente, completo di sorgente protetta e componenti compatibili secondo le istruzioni del produttore. Gli alunni non improvvisano montaggi. Mai rete domestica, prese o adattatori; mai pile usate impropriamente, pile a bottone, collegamenti diretti fra poli o cortocircuiti. La bassa tensione non elimina il rischio di riscaldamento. Non sono fornite istruzioni per realizzare bobine o elettromagneti. Anche il magnetismo viene studiato tramite schede, senza richiedere magneti piccoli o potenti. Idoneità del kit, valutazione dei rischi e autorizzazione della scuola restano APERTO, non certificate dalla lezione.
La storia corretta del circuito
Una sorgente, rappresentata qui da una batteria nel modello, mantiene una differenza di potenziale e mette a disposizione energia. Il percorso conduttore collega i due terminali passando attraverso un carico: qui una lampadina, che trasferisce energia all’ambiente come luce e calore. L’interruttore apre o chiude un tratto del percorso. In questo semplice circuito in corrente continua, una catena continua fra i terminali, attraverso il carico e la sorgente, permette una corrente persistente; un’interruzione impedisce la corrente persistente lungo l’anello. Questo è il significato di chiuso e aperto, non la posizione del disegno sul foglio. Consideriamo il regime stabile e componenti funzionanti; non studiamo i brevissimi transitori. [F1, §20.1, figura 20.3]
La corrente elettrica misura quanta carica attraversa una sezione in un certo tempo; si misura in ampere. Non è una sostanza che la lampadina “consuma”. Nel nostro unico anello, in regime stabile, non si accumula carica nella lampadina: la corrente che entra e quella che esce hanno la stessa intensità. La lampadina trasferisce energia, non distrugge carica. La batteria converte energia chimica: quando si esaurisce non significa che siano scomparsi tutti gli elettroni. Nei fili metallici ci sono già elettroni mobili; il loro lento moto medio non va confuso con la rapida propagazione del cambiamento elettrico nel circuito. Non sono tutti gli elettroni a correre da una batteria all’altra: il modello contiene una sola sorgente e cariche già distribuite nei conduttori. Nel circuito esterno il verso convenzionale della corrente va dal terminale positivo al negativo, mentre nei metalli il moto medio degli elettroni ha verso opposto. Non estendiamo questa descrizione dei portatori a ogni materiale. [F1, §20.1, “Electric Current”, “Drift Velocity”, “Conduction of Electricity and Heat”]
Un conduttore, come il rame dei fili, consente il moto delle cariche nelle condizioni considerate; un isolante, come il rivestimento plastico adatto dei fili, lo ostacola fortemente. “Isolante” non vuol dire sicuro a qualsiasi tensione. Non si classificano materiali provandoli con prese o usando il corpo. Una lampadina spenta, da sola, non dimostra che un materiale sia isolante: potrebbero esserci un contatto difettoso, un carico guasto o una sorgente inadatta. [F1, §20.1; F2, “Sample Learning Goals”]
Uno schema che si può anche leggere ad alta voce
Schema originale, non in scala. Le parentesi indicano componenti e le linee collegamenti; non occorre distinguere colori. “S” è la sorgente, “I” l’interruttore e “L” la lampadina. La scritta “aperto/chiuso” è sempre esplicita.
Configurazione A — I APERTO
(+) S ─── [ I: interrotto ] ─── [ L ] ───┐
(−) S ────────────────────────────────────┘
Configurazione B — I CHIUSO
(+) S ─── [ I: collegato ] ─── [ L ] ───┐
(−) S ────────────────────────────────────┘
Equivalente testuale accessibile: il terminale positivo della stessa sorgente S è collegato all’interruttore I; da I si passa alla lampadina L; da L si torna al terminale negativo della medesima S. S collega internamente i propri terminali attraverso i processi che forniscono energia. In A soltanto I interrompe il percorso; in B soltanto I lo completa. Non c’è una seconda sorgente e non c’è una scorciatoia che escluda L. Il numero di componenti e l’ordine dei collegamenti sono identici.
Indagine 1 — Aperto o chiuso: un confronto controllato
Domanda: che cosa cambia nel comportamento previsto della lampadina se cambia soltanto lo stato dell’interruttore?
- Copia o fai leggere i due schemi. Prima della scheda-risposta scrivi una previsione per A e per B, con una ragione.
- Mantieni uguali sorgente e sua impostazione, fili e collegamenti, lampadina e condizioni del modello. La variabile indipendente è solo lo stato dell’interruttore. La variabile dipendente è l’esito acceso/spento della lampadina; se disponibile nel simulatore si può aggiungere la lettura di corrente nello stesso punto, senza inventare numeri.
- Segui il percorso con il dito o verbalmente. Non colmare con la matita la discontinuità di A: è la variabile del confronto.
- Su carta apri la scheda-risposta qui sotto e registra “esito fornito dal modello”. Nel simulatore, se usato dal docente, registra invece ciò che effettivamente compare dopo aver cambiato solo I. Ripristina A e poi B per controllare la ripetibilità. Un risultato inatteso va descritto e controllato, non corretto per farlo coincidere con la previsione.
| Configurazione | Unica variazione | Esito atteso del modello ideale, non misura effettuata | Spiegazione da discutere |
|---|---|---|---|
| A | I aperto | Lampadina spenta; corrente persistente nell’anello assente | Il percorso è interrotto |
| B | I chiuso | Lampadina accesa; corrente persistente presente | Il percorso attraverso il carico è completo |
Osservazione e inferenza non sono sinonimi. “Nel simulatore la lampadina appare accesa” è un’osservazione dell’interfaccia, se è stata davvero vista. “Il circuito permette il moto ordinato di cariche” è un’inferenza sostenuta dal modello. Su carta “la scheda B riporta accesa” è una lettura di un dato fornito, non la scoperta sperimentale di una legge. Nessuna delle due prove rende visibili singoli elettroni o certifica un kit reale.
Estensione conduttori, sempre su carta: considera due schede dello stesso circuito chiuso; in un tratto cambia solo il materiale del segmento, con geometria uguale e resto invariato. Il modello didattico assegna “passaggio apprezzabile” al rame e “passaggio trascurabile” alla plastica isolante nelle condizioni del circuito. Distingui questa previsione da una misura: non concludere “isolante in ogni condizione”. Nel simulatore usa soltanto oggetti eventualmente disponibili, annotando quali: disponibilità effettiva e risultati sono APERTO fino alla prova.
Indagine 2 — I magneti non sono interruttori magici
Un magnete ha poli nord e sud: poli uguali si respingono, poli diversi si attraggono. Non tutti i materiali conduttori sono fortemente attratti da un magnete: il rame è un buon conduttore, ma non si comporta come il ferro vicino a un comune magnete. La conduzione elettrica e l’attrazione magnetica non sono la stessa proprietà. [F1, §22.1, primi paragrafi e domanda finale sui metalli]
Usa queste due schede di un modello qualitativo, non magneti reali. In entrambe i magneti hanno uguale dimensione, stessa distanza fra le facce, stesso supporto e stessa libertà di movimento. Cambia solo l’orientamento del secondo magnete.
| Scheda | Poli che si fronteggiano | Esito fornito dal modello |
|---|---|---|
| M1 | N di un magnete e S dell’altro | Avvicinamento, se liberi di muoversi |
| M2 | N di un magnete e N dell’altro | Allontanamento, se liberi di muoversi |
La variabile indipendente è l’orientamento; la risposta è la tendenza ad avvicinarsi o allontanarsi. Spostare contemporaneamente anche la distanza rende il confronto meno controllato. “La scheda indica allontanamento” è il dato fornito; “in queste condizioni poli uguali si respingono” è l’interpretazione secondo il modello. Le lettere N e S non rappresentano cariche elettriche positive e negative.
Collegamento fra i due fenomeni: una corrente in un filo produce un campo magnetico; una bussola può rispondere al campo risultante. Il fenomeno è documentato da OpenStax, ma non è stato osservato in questa consegna. La luce della lampadina, da sola, non è una misura del campo magnetico. Non basta appoggiare un magnete accanto a un circuito aperto per chiuderne il percorso. Non costruiamo elettromagneti e non deduciamo l’induzione da queste due schede. [F1, §22.9, introduzione e “Magnetic Field Created by a Long Straight Current-Carrying Wire”]
Esercizi
- Leggi lo schema. Nomina sorgente, carico e percorso. In quale configurazione l’anello è interrotto e dove?
- Trova l’errore. “La corrente entra nella lampadina, viene consumata e quindi ne esce meno.” Riscrivi in modo corretto per il nostro circuito stabile a un solo anello.
- Progetta il confronto. Un gruppo apre I ma contemporaneamente sostituisce la lampadina. Può attribuire l’eventuale spegnimento soltanto a I? Indica una correzione e la variabile dipendente.
- Osservazione o inferenza? a) “Ho letto acceso sulla scheda B.” b) “Le cariche attraversano il carico.” c) “Ho visto gli elettroni reali sul foglio.” Classifica o correggi.
- Materiale sconosciuto. Nel simulatore una lampadina rimane spenta dopo un cambio di segmento. Basta per dichiarare isolante il materiale? Proponi un controllo, senza prove reali.
- Magneti. Confronta M1 e M2: che cosa cambia e che cosa resta uguale? Si può concludere che tutti i metalli sono attratti?
- Trasferisci senza rischi. Un compagno propone un collegamento a una presa o un filo direttamente fra i poli di una pila “per vedere meglio”. Che cosa rispondi e quale percorso alternativo scegli?
- Corrente e cariche. Perché la rapida accensione non dimostra che tutti gli elettroni abbiano percorso l’intero circuito arrivando dalla batteria? Qual è il verso convenzionale nel circuito esterno?
Soluzioni ragionate
- S è la sorgente; L è il carico; i collegamenti formano il percorso esterno. A è interrotto in I; in B il percorso è completo. I due terminali appartengono alla stessa sorgente.
- Nel regime stabile del singolo anello la corrente ha la stessa intensità prima e dopo L. La lampadina trasferisce energia in luce e calore: non consuma carica o corrente. Non confondere questa conclusione con circuiti ramificati, dove le correnti nei diversi rami possono differire.
- No: sono cambiate due variabili. Ripristinare la stessa lampadina e cambiare soltanto I, mantenendo invariati gli altri componenti. La risposta osservata è acceso/spento; un’eventuale corrente va letta nello stesso punto e con lo stesso strumento virtuale.
- a) Lettura di un dato fornito, non esperimento elettrico. b) Inferenza del modello. c) Affermazione scorretta: sul foglio non si osservano elettroni; anche le eventuali icone animate del simulatore sono rappresentazioni, non particelle fotografate.
- No. Nel simulatore ripristinare il segmento di riferimento e controllare che il circuito, con gli stessi componenti e impostazioni, funzioni; verificare connessioni e interruttore. Soltanto dopo un confronto controllato si può formulare una conclusione limitata alle condizioni del modello, non una proprietà assoluta provata in laboratorio.
- Cambia solo l’orientamento del secondo magnete; restano uguali distanza, dimensioni, supporto e libertà di movimento. M1 prevede attrazione; M2 repulsione. Non si è confrontato alcun metallo diverso e non tutti i metalli hanno il comportamento magnetico del ferro.
- Si interrompe la proposta: mai rete, prese, adattatori, pile improprie o cortocircuiti. Si sceglie carta o simulatore. Una dimostrazione reale è possibile soltanto se predisposta dal docente con il kit scolastico a bassissima tensione idoneo; non è necessaria per completare questa lezione.
- Le cariche mobili sono già presenti nei conduttori: il cambiamento elettrico si propaga molto più rapidamente del loro lento moto medio. Nel circuito esterno il verso convenzionale è dal positivo al negativo; nei fili metallici il moto medio degli elettroni è opposto.
Autoverifica e consegna
Consegna i due schemi descritti anche a parole, la previsione iniziale, la tabella A/B con l’origine dei dati dichiarata e una frase distinta di osservazione e una di inferenza. Aggiungi il confronto M1/M2. Il docente valuta quattro criteri, ciascuno da 0 a 2: percorso e componenti corretti; variabili identificate e controllate; dati separati dalle inferenze; linguaggio su energia/corrente e sicurezza. 0 = da ricostruire, 1 = parziale, 2 = corretto e motivato. La griglia è editoriale: non attesta apprendimento realmente verificato.
Fonti e punti precisi per ritrovare le informazioni
[F1] OpenStax / Rice University, College Physics 2e. §20.1 Current, sottosezioni “Electric Current”, figura 20.3, “Drift Velocity” e “Conduction of Electricity and Heat”: circuito, carica, corrente, portatori ed energia. §22.1 Magnets, primi tre paragrafi e domande finali sui metalli: poli e interazioni. §22.9 Magnetic Fields Produced by Currents, introduzione su Oersted e prima sottosezione: corrente e campo magnetico. Le parti matematiche avanzate e gli esempi di forti correnti della fonte non sono attività per gli alunni.
[F2] PhET Interactive Simulations / University of Colorado Boulder. Circuit Construction Kit: DC, “Sample Learning Goals”: costruire circuiti da schemi, motivare misure e distinguere conduttori/isolanti; “Inclusive Features” e “System Requirements”: caratteristiche dichiarate, non verifica dell’accessibilità per ogni studente. È un ente indipendente da OpenStax; le sezioni dello stesso libro F1 non vengono contate come fonti indipendenti. F2 sostiene l’impostazione della simulazione, non è una seconda verifica di ogni affermazione fisica.
Riferimento curricolare: DM254/2012, Indicazioni nazionali, p. 56 del PDF (p. stampata 56), Scienze, obiettivi al termine della classe terza, “Fisica e chimica”: uso di concetti fisici tra cui carica elettrica in situazioni di esperienza ed esempio della costruzione di un circuito pila-interruttore-lampadina. Qui l’esempio viene adattato editorialmente a carta/simulazione per sicurezza. La collocazione in terza è editoriale; il raccordo normativo e i limiti di verifica sono registrati nel dossier del lotto.
Che cosa resta APERTO
Non sono stati svolti esperimenti né misure reali o sessioni interattive nel simulatore; gli esiti delle schede sono dati di modello esplicitamente forniti. Restano APERTO la compatibilità e accessibilità del simulatore sul dispositivo di classe, la revisione del docente e l’effettivo apprendimento. Nessun kit è stato valutato o approvato. Il controllo antiduplicazione è limitato al corpus STEM indicato, non certifica archivi esterni. Questa lezione non copre da sola l’intero nucleo o il curricolo.