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Comparativos CurriCulares SM Física
A coleção Ser Protagonista Física e o currículo do Estado de Santa Catarina
material de divulgação de edições sm
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Apresentação
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
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 coleção Ser Protagonista — Edição PNLD 2015 em que tais conteúdos
estão presentes.
Desejamos que sua escolha seja a mais adequada para você e seus alunos.
Edições SM
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Física 1
ProPoStA CurriCulAr do EStAdo dE SANtA CAtAriNA ColEção SEr ProtAgoNiStA
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)
A importância das medições
Grandezas físicas e medidas
Grandezas escalares e grandezas vetoriais
Representações de medidas
Capítulo 1: Movimento uniforme (p. 32 a 52)
O movimento depende do referencial
Cinemática escalar
Cinemática vetorial
Movimento uniforme
Capítulo 2: Movimento uniformemente variado (p. 53 a 72)
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
Capítulo 3: Movimento circular (p. 73 a 91)
Período e frequência
Grandezas angulares
Movimento circular uniforme
Transmissão de movimento circular
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Proposta Curricular do Estado de Santa Catarina ∙ Coleção Ser Protagonista
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Proposta Curricular do Estado de Santa Catarina ∙ Coleção Ser Protagonista
ProPoStA CurriCulAr do EStAdo dE SANtA CAtAriNA ColEção SEr ProtAgoNiStA
(continuação)
MECÂNICA
Capítulo 4: Forças e leis de Newton (p. 102 a 148)
Força como interação
Inércia e a primeira lei de Newton
O princípio fundamental da dinâmica e a segunda lei de Newton
O princípio da ação e reação e a terceira lei de Newton
Aplicações das leis de Newton
Forças no movimento circular
Capítulo 5: Impulso e colisões (p. 149 a 169)
Quantidade de movimento
Impulso
Colisões
Capítulo 6: Energia e trabalho (p. 170 a 207)
Energia e trabalho
Trabalho de uma força
Energia cinética
Energia potencial e forças conservativas
Energia mecânica
Potência e rendimento
Capítulo 8: Equilíbrio (p. 240 a 253)
Relação entre equilíbrio e força
Torque
Centro de massa
Alavancas
Alavancas do corpo humano
FíSiCA 1
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Física 1
ProPoStA CurriCulAr do EStAdo dE SANtA CAtAriNA ColEção SEr ProtAgoNiStA
(continuação)
MECÂNICA
Capítulo 9: Estudo dos fluidos (p. 254 a 281)
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
Capítulo 7: Gravitação (p. 208 a 227)
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
Conteúdo trabalhado no volume 3 da coleçãoCapítulo 10: A Física do “muito grande” (p. 270 a 287)
Medidas astronômicas
Estrelas
Supernovas, pulsares e buracos negros
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Proposta Curricular do Estado de Santa Catarina ∙ Coleção Ser Protagonista
ProPoStA CurriCulAr do EStAdo dE SANtA CAtAriNA ColEção SEr ProtAgoNiStA
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)
Conceitos básicos: temperatura e calor
Energia interna
Medidas de temperatura: escalas termométricas
Processos de transferência de calor
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
Capítulo 2: Transferência de calor (p. 30 a 65)
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
2oano
FíSiCA 2
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Física 2
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(continuação)
TERMODINÂMICA
Capítulo 3: Estudo dos gases (p. 72 a 94)
Modelo de gás ideal
Transformações termodinâmicas
Equação de estado dos gases ideais
Equação de Clapeyron
Teoria cinética
Capítulo 4: Leis da termodinâmica (p. 95 a 124)
Trabalho e calor trocados entre um gás e o meio
Energia interna de um gás ideal
A primeira lei da termodinâmica
Transformações termodinâmicas
Transformações cíclicas
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
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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)
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
Capítulo 8: Refração da luz (p. 230 a 250)
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
Capítulo 9: Lentes esféricas (p. 251 a 271)
Tipos de lentes esféricas
Lentes convergentes e lentes divergentes
Formação de imagens com lentes esféricas
Telescópio refrator
Microscópio óptico composto
Projetores ópticos
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(continuação)
ÓPTICA
Conteúdo trabalhado no volume 3 da coleçãoCapítulo 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
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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)
Carga elétrica: história, modelo atômico e propriedades
Condutores e isolantes
Processos de eletrização
Capítulo 2: Campo e força elétrica (p. 31 a 53)
Força elétrica
Campo elétrico
Energia potencial elétrica
Potencial elétrico
Capítulo 3: Corrente elétrica (p. 54 a 79)
Corrente elétrica e condutividade em metais
Resistência elétrica e a 1a lei de Ohm
Resistividade elétrica e a 2a lei de Ohm
Eletricidade, resistência e choques elétricos
Potência elétrica
Resistência elétrica e efeito Joule
Cálculo de consumo de energia elétrica
3oano
FíSiCA 3
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Física 3
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ELETROMAGNETISMO E FÍSICA MODERNA
Capítulo 4: Circuitos elétricos (p. 80 a 113)
Definição de circuitos elétricos
Associação de resistores
Circuitos residenciais
Geradores
Receptores
Capítulo 6: Campo e força magnética (p. 136 a 166)
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
Capítulo 7: Indução eletromagnética (p. 167 a 200)
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
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Proposta Curricular do Estado de Santa Catarina ∙ Coleção Ser Protagonista
ProPoStA CurriCulAr do EStAdo dE SANtA CAtAriNA ColEção SEr ProtAgoNiStA
(continuação)
ELETROMAGNETISMO E FÍSICA MODERNA
Capítulo 8: Produção e consumo de energia elétrica (p. 201 a 225)
O que é energia
Usinas geradoras de eletricidade
O caminho da energia: das usinas às residências
A energia chega às residências
O problema da escassez mundial de energia
Energias renováveis e energias não renováveis
A importância de economizar energia elétrica
Princípios que conduzem à economia de energia elétrica
Texto: Urbanização, energia e eletricidade
Capítulo 9: A Física do “muito pequeno” (p. 240 a 269)
O átomo de Bohr
Interpretação do modelo de Bohr
A dualidade onda-partícula
O modelo contemporâneo do átomo
A Física das partículas elementares
Tipos de partículas elementares
Quarks e léptons / Hádrons
Física nuclear / A descoberta da radioatividade
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Física 3
ProPoStA CurriCulAr do EStAdo dE SANtA CAtAriNA ColEção SEr ProtAgoNiStA
(continuação)
ELETROMAGNETISMO E FÍSICA MODERNACapítulo 9: A Física do “muito pequeno” (p. 240 a 269)
Decaimento radioativo
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.
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