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Iniciales guia f4_Maquetación 1 02-12-11 13:10 Página 1
Guía Didáctica del Docente
Física
º
4
Educación Media
AUTOR GUÍA DIDÁCTICA DEL DOCENTE
PABLO VALDÉS ARRIAGADA
LICENCIADO EN EDUCACIÓN Y
PROFESOR DE FÍSICA Y MATEMÁTICA
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
MAGÍSTER EN EDUCACIÓN DE LAS CIENCIAS MENCIÓN FÍSICA ©
UNIVERSIDAD DE TALCA
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El material Guía Didáctica del Docente correspondiente al texto Física 4.°,
para Cuarto Año de Educación Media, es una obra colectiva, creada y diseñada
por el Departamento de Investigaciones Educativas de editorial Santillana,
bajo la dirección general de:
MANUEL JOSÉ ROJAS LEIVA
COORDINACIÓN DE PROYECTO:
Eugenia Águila Garay
COORDINACIÓN ÁREA CIENTÍFICA:
Marisol Flores Prado
AUTOR GUÍA:
Pablo Valdés Arriagada
EDICIÓN:
José Miguel Muñoz San Martín
Pablo Valdés Arriagada
CORRECCIÓN DE ESTILO:
Isabel Spoerer Varela
DOCUMENTACIÓN:
Paulina Novoa Venturino
María Paz Contreras Fuentes
La realización gráfica ha sido efectuada bajo la dirección de
VERÓNICA ROJAS LUNA
COORDINACIÓN GRÁFICA:
Xenia Venegas Zevallos
DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN:
Sebastian Alvear Chahuan
CUBIERTA:
Xenia Venegas Zevallos
PRODUCCIÓN:
Germán Urrutia Garín
Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del
"Copyright", bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o
parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la
reprografía y el tratamiento informático, y la distribución en ejemplares de ella
mediante alquiler o préstamo público.
© 2012. Santillana del Pacífico S. A. de Ediciones
Dr. Aníbal Ariztía 1444, Providencia, Santiago (Chile)
Impreso en Chile por WorldColor Chile S.A.
Se terminó de imprimir esta 1ª edición de 3.401 ejemplares, en el
mes de Diciembre del año 2011
ISBN: 978-956-15-1979-4
Inscripción N° 210.601
www.santillana.cl
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Física
4.º
Índice
Índice
Presentación .................................................................................................................... 4
I. Definición y fundamentación del proyecto ................................................... 4
II. Organización del Texto del Estudiante ............................................................
6
III. Estructura de la Guía Didáctica del Docente ................................................. 9
Unidad 1: Electricidad y magnetismo ........................................................ 10
Capítulo I: Fuerzas entre cargas ............................................................................. 12
Planificación del capítulo ........................................................................................... 12
Orientaciones metodológicas ................................................................................... 14
Bibliografía ....................................................................................................................... 25
Capítulo II: Electromagnetismo y circuitos eléctricos .................................. 26
Planificación del capítulo ........................................................................................... 26
Orientaciones metodológicas ................................................................................... 28
Bibliografía ..................................................................................................................... 37
Capítulo III: Ondas electromagnéticas ............................................................... 38
Planificación del capítulo ........................................................................................... 38
Orientaciones metodológicas ................................................................................... 40
Bibliografía ....................................................................................................................... 49
Unidad 2: El mundo atómico ........................................................................ 50
Capítulo I: El modelo atómico ................................................................................ 52
Planificación del capítulo .......................................................................................... 52
Orientaciones metodológicas ................................................................................... 54
Bibliografía ...................................................................................................................... 63
Capítulo II: El núcleo atómico ................................................................................. 64
Planificación del capítulo .......................................................................................... 64
Orientaciones metodológicas ................................................................................... 66
Bibliografía ...................................................................................................................... 75
Evaluaciones complementarias para la Unidad 1 ........................................... 76
Evaluaciones complementarias para la Unidad 2 ........................................... 88
Física 4º medio 3
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Física
4.º
Presentación
Introducción
La Guía Didáctica del Docente, correspondiente al texto Física 4º medio, es un
material elaborado con el propósito de apoyar el proceso enseñanza-aprendizaje
de la física. Está orientada a guiar al docente en el uso del texto, con el objetivo
de lograr un mejor aprovechamiento de los recursos que contiene y lograr los
aprendizajes esperados para este nivel.
I. Definición y fundamentación del proyecto
Escenario educacional
La promulgación de la Loce, en la década de 1990, dio inicio a la más reciente
reforma educacional, cuyas metas se relacionan con el mejoramiento de la calidad y
la equidad de la educación. En este contexto, se replantearon los planes y programas
de estudio en todas las áreas y niveles. A fines de los noventa, se concreta el cambio
curricular con nuevos programas de educación, tanto para Educación Básica (1996)
como para Educación Media (Decreto N.º 220, 1998). Los programas de estudio se
organizan en torno a tres grandes ejes: los Objetivos Fundamentales Verticales, que
explicitan las capacidades que se espera que adquieran los y las estudiantes en cada
nivel de escolaridad; los Contenidos Mínimos Obligatorios, propios de cada área de
aprendizaje y nivel, y que deben ser el piso común de enseñanza a nivel nacional; y
los Objetivos Fundamentales Transversales, que enuncian las metas en términos de
actitudes y valores que se pretende desarrollar en los estudiantes en el transcurso de
su escolaridad.
4 Guía Didáctica del Docente
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Presentación
Concepción del subsector de aprendizaje
El subsector de aprendizaje Física, como parte del sector Ciencias Naturales,
persigue como propósito tanto la construcción de modelos explicativos de los
fenómenos naturales como el desarrollo de destrezas cognitivas y de razonamiento
científico (destrezas experimentales y de resolución de problemas). En este sector
se promueve, además, el desarrollo de actitudes y valores propios del quehacer
científico, que son transferibles a la vida cotidiana, tales como el trabajo colaborativo,
la curiosidad, la comunicación clara de las ideas, argumentar las creencias,
predicciones e hipótesis, valorar el aporte de las explicaciones y presentaciones de
los compañeros y compañeras para la propia comprensión y aprendizaje, y
entender la dinámica del conocimiento científico, que está en permanente
construcción y es desarrollado en comunidad.
Fundamentación del proyecto
El proyecto Física 4.º aborda el conjunto de Objetivos Fundamentales y Contenidos
Mínimos Obligatorios del subsector Física para 4.º medio, establecidos en el Decreto
Supremo n.° 220 del 18 de mayo de 1998. En sus aspectos metodológicos, se
fundamenta en los planteamientos establecidos en los ajustes curriculares en marcha
desde 2007. Considerando las vertientes en que se fundamenta, el proyecto Física 4.º
pone énfasis en el desarrollo de habilidades relacionadas con el quehacer científico,
así como en la aproximación al contenido, por parte de los estudiantes a partir de la
indagación científica. Este cambio en el acento en el proceso de enseñanza
aprendizaje de la física ha tenido como meta acercar esta disciplina científica a
nuestros estudiantes, promoviendo una mayor comprensión del medio en que viven
y una mejor inserción en el mundo actual mediante la apropiación de los aspectos
tecnológicos y sociales derivados de los avances científicos.
Física 4º Medio 5
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Física
4.º
Presentación
II. Organización del Texto del Estudiante
El texto Física 4.º se organiza en dos unidades: la primera unidad se divide en tres capítulos y la segunda unidad se
divide en dos capítulos. A continuación, se describen los principales tipos de páginas.
Inicio de unidad
Doble página inicial, en la que se presentan
imágenes representativas de los temas que
se tratarán en la unidad. Contiene una breve
introducción, el listado de los aprendizajes
esperados de la unidad y preguntas para
trabajar a partir de las imágenes.
Introducción. Texto breve que informa a
alumnos y alumnas sobre el tema central
de la unidad.
Aprenderás a... Listado de los aprendizajes
esperados de la unidad.
Actividad inicial. Sección destinada a
activar los conocimientos previos de los
estudiantes a partir de una serie de
preguntas relacionadas con las imágenes
representativas de la unidad.
Evaluación diagnóstica
Evaluación inicial para medir los
conocimientos previos necesarios para
abordar la unidad. También incluye un ítem
de razonamiento espontáneo, que evalúa si
los estudiantes saben algo de lo que
estudiarán en la unidad.
Inicio de capítulo
Cada capítulo comienza con una breve
introducción que presenta los contenidos
que se trabajarán. Luego empieza el
desarrollo de los contenidos donde los
conceptos se van explicando con un
lenguaje ameno y cercano. Además, se hace
uso de ejemplos cotidianos que posibilitan
una mejor comprensión de los conceptos.
Evaluación intermedia
Página donde se integran
y evalúan los contenidos tratados.
6 Guía Didáctica del Docente
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Presentación
Actividades
En las páginas de desarrollo de contenido se
incluyen actividades que contribuyen al
desarrollo de habilidades cognitivas.
Las páginas y subsecciones que
complementan los temas tratados son:
¿Qué sucedería si…? Actividad destinada
al desarrollo de la imaginación y del
pensamiento divergente.
Reflexionemos. Tema relacionado con los
OFT. Puede ser utilizado como fuente para la
opinión y el debate.
Ten presente que: Actividad destinada a
trabajar con preconceptos o con conceptos
que puedan tener una interpretación errónea.
Inter@ctividad. Sugerencia de páginas
webs que complementan los contenidos
tratados en la página.
Conexión con… Vinculación entre algún
contenido tratado en la página con otras
áreas del conocimiento.
Ejemplo resuelto. Ejercicio que se resuelve
paso a paso. Su función es orientar el
desarrollo de problemas similares.
Investigación científica. Sección a página
completa en la que se trabajan habilidades
del procedimiento científico. Puede ser una
actividad práctica directa, con diferentes
grados de participación de alumnos y
alumnas, o una actividad
de teorización.
Ciencia-tecnología-sociedad.
Profundización respecto de alguna
aplicación tecnológica o un avance
científico relacionado con uno de los
contenidos del capítulo.
Conceptos clave. Definición de conceptos
o palabras citadas en el texto. Su propósito
es facilitar la lectura comprensiva.
Física 4º Medio 7
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Física
4.º
Presentación
Cierre de la unidad
Síntesis de la unidad. Resumen gráfico
a doble página de los principales
contenidos tratados en la unidad que
incluye una definición breve de los
conceptos más relevantes.
Física en la historia. Doble página en la
que se resumen los principales aportes de
destacados investigadores relacionados
con los contenidos de la unidad. Además,
se contextualiza el tiempo histórico,
mencionando algunos hechos relevantes.
Evaluación final. Destinada a la
verificación del logro de los aprendizajes
esperados. Incluye tres momentos:
comprensión, análisis y aplicación.
Proyecto científico. Actividad de carácter
autónomo que desarrolla habilidades del
procedimiento científico.
8 Guía Didáctica del Docente
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Presentación
III. Estructura de la Guía Didáctica del Docente
La Guía Didáctica del Docente complementa y orienta el trabajo con el Texto del
Estudiante Física 4.º. Se organiza, al igual que el texto, en dos unidades, con tres y
dos capítulos, respectivamente. Para cada unidad, la guía didáctica incluye las
siguiente información.
Inicio de unidad
Cada unidad comienza con la especificación de los Objetivos Fundamentales
Verticales, Contenidos Mínimos Obligatorios, aprendizajes esperados, contenidos
específicos y Objetivos Fundamentales Transversales correspondientes.
Planificación de capítulo
Al inicio de cada capítulo se entrega una propuesta de planificación que establece
la relación entre los contenidos y los aprendizajes esperados, especificando los
criterios de evaluación, el tiempo requerido por contenido, los recursos didácticos
y las evaluaciones.
Orientaciones generales del capítulo
Se explica el propósito de cada capítulo, considerando las orientaciones generales
para abordar la enseñanza de conceptos y habilidades.
Errores más frecuentes
Orientaciones para enfrentar los errores en que incurren los estudiantes de forma
más frecuente.
Sugerencias metodológicas
Son sugerencias específicas para apoyar el desarrollo de las distintas secciones del
texto, incluyendo objetivos, recomendaciones, precauciones y resultados esperados.
Rúbricas
Pautas en las que se verifica el logro de los criterios de evaluación declarados en la
planificación al inicio de cada capítulo. Se incluyen tanto para las evaluaciones de
proceso como para la evaluación final de la unidad.
Ampliación de contenidos
Sección en la que se entregan textos con información complementaria y
actualizada, de manera que el docente pueda enriquecer sus clases.
Bibliografía sugerida
Contiene información bibliográfica específica y pertinente por unidad.
Páginas webs sugeridas
Direcciones de páginas confiables, en las que se pueden encontrar animaciones,
contenidos, tablas y/o gráficos, relacionados con los contenidos tratados en
el capítulo.
Material de evaluación complementario
Conjunto de evaluaciones fotocopiables por unidad. Se incluyen también
proyectos científicos.
Física 4º Medio 9
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 10
Unidad
1
Electricidad
y magnetismo
Objetivos Fundamentales Verticales
1. Aplicar en un nivel elemental las nociones físicas de campo eléctrico y campo magnético y sus relaciones,
para comprender la enorme variedad de fenómenos de la vida diaria que dependen de ellos.
2. Apreciar la complejidad y eficacia del conocimiento; reconocer sus aportes a la interpretación del mundo
y al desarrollo de nuevas tecnologías. Reconocer el impacto que ha tenido, en sus aspectos positivos y
negativos, sobre la forma de vida contemporánea.
Contenidos Mínimos Obligatorios
1. Fuerzas entre cargas
a. Cargas en reposo. Fuerza de Coulomb en distintas situaciones. Campo y potencial eléctrico.
Aplicaciones a la electricidad atmosférica.
b. Condensador de placas paralelas. Su capacidad en términos de la geometría y el dieléctrico.
c. Cargas en movimiento. Cálculo y análisis gráfico de la trayectoria de una carga en un campo eléctrico
constante y uniforme.
d. Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Observación y análisis de la fuerza entre dos
conductores rectilíneos que portan corriente. Descripción de la trayectoria de una carga en un campo
magnético uniforme.
2. Circuito de corriente variable
a. Carga y descarga de un condensador. Análisis gráfico de la dependencia temporal del voltaje entre
las placas.
b. Demostración experimental de la corriente inducida por el movimiento relativo entre una espira y un
imán. Inducción electromagnética: leyes de Michael Faraday y Heinrich Lenz. Inductancia y su efecto
cualitativo en un circuito de corriente variable en el tiempo.
c. Circuito LC. Frecuencia propia asociada. Comparación con el movimiento armónico simple.
Oscilaciones forzadas y resonancia. Efecto de una resistencia. Aplicaciones, como la sintonización
de frecuencias.
10 Física 4º medio
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 11
3. Ondas electromagnéticas
a. Descripción cualitativa de la interrelación entre campos eléctricos y magnéticos que varían sinusoidalmente en el
tiempo. Radiación de cargas aceleradas.
b. Transmisión y recepción de ondas electromagnéticas. Descripción cualitativa del funcionamiento de antenas
simples. Aplicaciones en telecomunicaciones; por ejemplo, radio, televisión, telefonía, etc.
Aprendizajes esperados
•
Aplicar conceptos, relaciones y leyes para resolver problemas vinculados con la electricidad y el magnetismo.
•
Describir diferentes fenómenos eléctricos y relacionarlos con situaciones cotidianas y aplicaciones técnicas.
•
Reconocer las características de campos eléctricos y magnéticos, y sus interacciones con cargas.
•
Aplicar los principios del electromagnetismo para explicar el funcionamiento de diferentes aparatos de uso
cotidiano.
•
Utilizar diferentes medios de comunicación para recopilar información acerca de la electricidad y el magnetismo y
su interacción con otros campos del conocimiento.
•
Explicar las diferencias entre corriente continua y alterna y describir las características de los circuitos RC y LC y
sus aplicaciones.
•
Identificar los diferentes tipos de ondas electromagnéticas, sus características y la forma de emitirlas y captarlas.
•
Reconocer que la vibración de una carga eléctrica produce una onda electromagnética que se propaga en el
espacio.
•
Describir los principales hitos del desarrollo histórico asociados a las ondas electromagnéticas, en particular en
torno de las figuras de James Clerk Maxwell y Heinrich Hertz.
•
Describir el mecanismo de transmisión y de recepción de señales a través de ondas electromagnéticas.
Unidad 1- Electricidad y magnetismo 11
12 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
• Movimiento de
cargas.
(3 horas)
• Campo magnético.
(3 horas)
• Campo eléctrico.
(3 horas)
• Ley de Coulomb.
(4 horas)
3. Describir diferentes
fenómenos eléctricos y
magnéticos
relacionarlos con
situaciones cotidianas
y aplicaciones
técnicas.
2. Aplicar conceptos
relaciones y leyes para
resolver problemas
vinculados con la
electricidad y
magnetismo.
1. Discriminar entre
cuerpos cargados y
neutros a base del tipo
de interacción que se
produce entre ellos.
Aprendizajes
esperados
3.2 Describe el funcionamiento de
una batería eléctrica.
3.1 Reconoce los fenómenos
eléctricos presentes en los
condensadores.
2.2 Aplica las relaciones que
representan la intensidad
de campo eléctrico y la
de campo magnético.
2.1 Identifica el concepto de
campo eléctrico.
1.2 Reconoce las características
de la fuerza electroestática.
1.1 Reconoce las formas de
electrización de un cuerpo.
Criterios
de evaluación
Lecturas de apoyo: 2.
Organizadores
gráficos: 1.
•
•
Tabla: 1.
Sitios web: 2.
•
•
Gráficos: 5.
•
Esquemas:11.
Ilustraciones: 28.
•
•
Fotografías: 19.
•
Recursos didácticos
Páginas 76-79.
• Evaluación
sumativa
del docente
Guía didáctica
Evaluación de
síntesis
100-102.
• Evaluación
sumativa
Evaluación de
síntesis páginas
68-69.
Síntesis y
evaluación de
capítulo I: páginas
38-39.
Evaluación
intermedia:
página 25.
• Evaluación
formativa
del estudiante
Texto
Evaluaciones
I
• Electrización.
(3 horas)
Contenidos/tiempo
Planificación del capítulo I
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 12
Capítulo
Fuerzas entre cargas
5. Aplica principios del
electromagnetismo
para explicar el
funcionamiento de
diferentes aparatos.
4. Reconocer las
características de
campos eléctricos y
magnéticos, y sus
interacciones con
cargas.
5.2 Identifica los principios del
electromagnetismos detrás del
funcionamiento de los motores
eléctricos.
5.1 Reconoce las características de la
fuerza entre conductores
eléctricos.
4.3 Identifica los tipos de
movimientos de cargas relativas a
los campos eléctrico y magnético.
4.2 Caracteriza las líneas de campo
magnético que se forman
alrededor de un imán y un cable
conductor.
4.1 Identifica las líneas de campo
eléctrico en cargas puntuales y
entre dos cargas.
Materiales:
alambre de cobre
i. monitor de televisión
h. cinta adhesiva
g. aceite
f.
e. cables conectores
d. frasco de vidrio
c. papel aluminio
b. regla
a. teflón
•
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 13
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Capítulo I - Fuerzas entre cargas 13
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 14
Capítulo
I
Fuerzas entre cargas
Orientaciones metodológicas
Orientaciones generales del capítulo
El objetivo del capítulo apunta hacia el estudio de la electricidad y el magnetismo, pero desde el punto de vista
de las interacciones entre cargas eléctricas.
En el curso de Física de 1.º Año Medio, hay una unidad que trata sobre electricidad y magnetismo.
Es conveniente que el docente haga referencia a esos contenidos. El texto provee de una evaluación diagnóstica
que permite revisar los principales conceptos que los estudiantes necesitan comprender para el presente curso.
En este nivel, las alumnas y los alumnos deben desarrollar su habilidad para procesar datos y resolver problemas
con un mayor componente matemático. El uso de calculadoras permite preocuparse más por el proceso que por
el cálculo. Muchas de las actividades presentes en el texto se prestan para evaluar el desempeño de los
estudiantes, tanto en los trabajos experimentales como en los de recopilación y análisis de información.
Entre las páginas 194 y 201 del Texto del estudiante se presentan varios anexos que tienen por objetivo potenciar
la reflexión en torno al trabajo científico, además de entregar herramientas concretas respecto de la forma de
trabajar clásicamente la medición y los errores involucrados; el uso de unidades de medidas, prefijos y análisis
dimensional; y la forma de comunicar resultados de una investigación científica.
Errores más frecuentes
• ¿Electricidad es sinónimo de magnetismo?
Los estudiantes tienden a explicar los fenómenos eléctricos a partir de observaciones que han realizado de
fenómenos magnéticos o viceversa.
Es importante indicar que, aunque la electricidad se relaciona con el magnetismo dando origen al electromagnetismo,
ya que las corrientes generan a su alrededor campos magnéticos y que el flujo magnético variable en el tiempo
origina corrientes, la electricidad y el magnetismo son fenómenos que no pueden ser considerados como sinónimos,
pese a estar íntimamente ligados. Cada uno de ellos tiene su propia fundamentación y génesis.
• ¿Corriente continua y alterna son iguales?
La corriente continua (c. c.) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto
potencial. En la corriente continua, las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección, es decir, los terminales
de mayor y de menor potencial son siempre los mismos. En la corriente alterna (c. a.), en cambio, la magnitud y
dirección varían cíclicamente, y la representación de la corriente alterna corresponde a una onda del tipo sinusoidal.
14 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 15
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Página 9
Actividad inicial
El objetivo de esta actividad es que los estudiantes trabajen sus concepciones
previas respecto de fenómenos asociados a la electricidad y al magnetismo; para
ello se les propone una serie de preguntas en torno a las imágenes que abren la
unidad. Pídales que trabajen en grupos de dos o tres y que escriban sus
respuestas en el cuaderno.
Páginas 10 y 11
Evaluación diagnóstica
La evaluación diagnóstica consta de dos partes. La primera comprende los ítems
1 a 9, referentes a los contenidos de electricidad y magnetismo, vistos en
1.º medio. La segunda parte trabaja el racionamiento espontáneo.
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Rúbrica para la evaluación diagnóstica
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Por lograr
Identifica algunas
características de la
interacción entre cargas
electrostáticas.
Responde correctamente los
puntos 1, 2, 6 y 9 del ítem I.
Responde correctamente dos
de los cuatro puntos del ítem.
Responde solo
un punto del ítem o
ninguno.
Reconoce los conceptos
asociados a la intensidad
de corriente.
Responde correctamente los
puntos 3 y 4 del ítem I.
Responde correctamente uno
de los dos puntos.
No responde
correctamente
ninguno de los
dos puntos.
Asocia el momento
magnético a características
macroscópicas de un
material.
Justifica satisfactoriamente la
respuesta para el punto 5.
Justifica de forma parcial la
respuesta para el punto 5.
No responde
el punto 5.
Identifica algunas
características asociadas
a las ondas
electromagnéticas.
Responde correctamente los
puntos 7 y 8 del ítem I.
Responde correctamente uno
de los puntos del ítem.
No responde
correctamente
ninguna de
las preguntas.
Identifica y plantea
hipótesis explicativas
de fenómenos
electromagnéticos.
Responde de manera
correcta y coherente ambos
puntos del ítem II.
Responde de manera
coherente solo uno de los
puntos del ítem II.
No responde
ninguno de los dos
puntos.
Capítulo I - Fuerzas entre cargas 15
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 16
Capítulo
I
Fuerzas entre cargas
Página 13
Objetivo: plantear una hipótesis
que explique la repulsión entre
cintas de teflón previamente
frotadas con la mano.
Habilidades: asociar y diferenciar.
Actividad 1: La cinta de teflón
Sugerencias metodológicas
Esta actividad es muy sencilla de realizar y permite observar dos fenómenos:
electrización por frotamiento, la cual ocurre al pasar los dedos por el teflón y
repulsión de cuerpos con carga del mismo signo (las cintas de teflón tienden a
separarse unas de otras debido a que tienen cargas del mismo signo).
Para poder observar la repulsión de las cintas es necesario que tanto los dedos
como el ambiente esté secos. Una posibilidad para evitar la humedad de los
dedos es frotar las cintas con un pañuelo.
Actividades complementarias
Notas:
Existen actividades muy sencillas de realizar que permiten observar los
fenómenos asociados a la electrización de los cuerpos. Estas pueden ser
asignadas a distintos grupos de estudiantes ya sea previo a la realización de
la clase o posterior a ella, de manera que puedan usar los nuevos
conocimientos para explicar los fenómenos asociados a cada actividad:
a) Frotar una regla plástica con un paño de lana y luego acercarla a trocitos
pequeños de papel. Pedir a los estudiantes que observen lo que ocurre y
den una explicación al fenómeno. Se aprecia en esta actividad la
electrización por frotamiento, polarización, atracción electrostática,
electrización por contacto y repulsión entre cargas eléctricas. Es
interesante observar que luego de un momento, en que los papelitos
permanecen pegados a la regla, algunos de ellos saltan de la misma
repelidos una vez que adquieren carga del mismo signo que la regla).
b) Pedir a los estudiantes que construyan un péndulo eléctrico, con un
soporte, un hilo de seda y una bolita de plumavit. Que luego acerquen a
la pelotita una regla previamente frotada con un paño de lana y
observen lo que ocurre, para luego dar una explicación a lo observado.
c) Pedir a los estudiantes que inflen globos y los froten con el pelo, para
luego “pegarlos” al techo. Nuevamente pedir que den una explicación a
lo observado.
16 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 17
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Página 14
Investigación científica: Experimento de Coulomb
Objetivo: relacionar las
observaciones de Coulomb
con la posterior modelación
matemática de la ley.
Sugerencias metodológicas
Habilidades: analizar y construir
tablas y gráficos, reconstruir
modelos científicos.
Resultados esperados
Ética y valores en ciencia
A partir del experimento
realizado por Coulomb,
explique a sus estudiantes la
importancia que tiene, en ciencia,
la rigurosidad al momento de
realizar un experimento. Por lo
mismo, los datos obtenidos
producto de una investigación
nunca deben ser alterados con
el fin de alcanzar un resultado
preconcebido.
•
•
La actividad propone el análisis de una tabla en la que se simulan los datos de
distancia vs. fuerza. El docente debe guiar el análisis de los estudiantes para que
la relación propuesta por ellos corresponda a que la fuerza eléctrica entre dos
cargas se encuentra en proporción inversa al cuadrado de la distancia entre ellas.
Al final de la investigación científica, los estudiantes proponen las siguientes
relaciones:
Página 15
Objetivo: comparar la fuerza
de atracción gravitacional y la
fuerza eléctrica.
Habilidades: asociar y diferenciar.
La fuerza eléctrica es proporcional a la magnitud del producto entre las cargas.
La fuerza eléctrica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
entre las cargas.
Actividad 2: Ley de Newton y ley de Coulomb
Sugerencias metodológicas
Una vez que se ha formalizado la ley de Coulomb, resulta pertinente que el
docente relacione esta ley con la de gravitación universal, formulada por Isaac
Newton. Las dos leyes tienen una representación matemática similar.
En la actividad se propone a los alumnos y alumnas que realicen una equivalencia entre las variables constituyentes de cada una de las leyes.
Es importante que el profesor o profesora destaque las siguientes diferencias y
semejanzas entre las dos leyes:
•
•
•
•
Las dos fuerzas actúan a distancia.
La fuerza en ambos casos aumenta en intensidad a razón de la disminución
de la distancia.
La fuerza eléctrica puede ser repulsiva, a diferencia de la fuerza gravitacional.
El orden de magnitud de la fuerza eléctrica es mucho mayor que la
fuerza gravitacional.
Capítulo I - Fuerzas entre cargas 17
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 18
Capítulo
I
Fuerzas entre cargas
Página 18
Objetivo: observar las líneas de
campo eléctrico alrededor de un
cuerpo cargado.
Habilidades: describir y analizar.
Actividad 3: Observando la acción de un cuerpo cargado
Sugerencias metodológicas
Es recomendable realizar la actividad utilizando el monitor de un televisor o de un
computador en un ambiente seco. Una pantalla o monitor LCD no sirve para
realizar la actividad, ya que estos no funcionan con tubos de rayos catódicos.
También como acumulador de cargas electrostáticas, se puede utilizar un
generador Van de Graaff.
Resultados esperados
Los estudiantes observan cómo los granos de sémola se organizan alrededor del
cuerpo cargado en forma radial. De ellos infieren que el espacio que circunda a
un cuerpo cargado se ve afectado eléctricamente.
A partir de lo observado es posible plantear una representación geométrica para
el campo eléctrico (similar a las líneas de campo de Faraday).
Actividad complementaria
También puede observarse la forma del campo eléctrico debida a dos
cargas. Para ello se necesita realizar el montaje de la figura y observar lo que
ocurre con los granos de sémola.
Notas:
Página 19
Objetivo: determinar la
dependencia del campo
eléctrico con la distancia a través
de una actividad demostrativa.
Habilidades: analizar e inferir.
18 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Actividad 4: Analizando gráficamente el campo eléctrico
Sugerencias metodológicas
Las preguntas están orientadas para que los alumnos y alumnas comprendan la
manera en que decae la intensidad del campo eléctrico con la distancia. Como
no se presentan valores numéricos, no podrán determinar que es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia, pero sí analizar la tendencia. Discuta
con sus estudiantes lo que ocurre cuando la distancia es cercana a cero y
cuando tiende al infinito.
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 19
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Página 25
Evaluación intermedia
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Por lograr
Reconoce las características Responde correctamente la Responde correctamente la
de la carga eléctrica
pregunta 1 del ítem I y la
pregunta 1 del ítem I y
pregunta 1 del ítem II.
responde parcialmente la
pregunta 1 del ítem II, o
solo responde
correctamente la
pregunta 1 del ítem II.
Solo responde la pregunta
1. del ítem I; solo responde
parcialmente la pregunta 1
del ítem II; o responde de
manera incorrecta ambas
preguntas.
Reconoce las características Responde correctamente la Responde correctamente
de la fuerza eléctrica.
pregunta 2 del ítem I y la
una de las dos preguntas.
pregunta 3.a del ítem II.
Responde de manera
incorrecta o no responde
ambas preguntas.
Reconoce y describe las
características del campo
eléctrico.
Solo responde correctamente las preguntas 3, 4 y
6 del ítem I; o solo
responde correctamente la
pregunta 2 del ítem II, o
responde correctamente 2
de las preguntas del ítem 1
y uno de los diagramas del
ítem II.
Responde de manera
incorrecta dos o tres de las
preguntas del ítem 1; y
responde de manera
incorrecta uno o dos de los
diagramas de la pregunta 2
del ítem II.
Comprende las caracterísResponde correctamente
ticas del potencial eléctrico. las preguntas 5 y 7
del ítem I.
Responde correctamente
una de las dos preguntas.
Responde de manera
incorrecta o no responde
ambas preguntas.
Aplica los modelos de
fuerza, campo y potencial
eléctrico en la resolución
de problemas.
Responde correctamente
una de las dos preguntas.
Responde de manera
incorrecta o no responde
ambas preguntas.
Actividades diferenciadas:
Responde correctamente
las preguntas 3, 4 y 6
del ítem I y la pregunta 2
del ítem II.
Responde correctamente
las preguntas 3.b y 4 del
ítem II.
Frente a los diversos niveles de logro obtenidos por sus estudiantes, es importante que
diseñe estrategias para atender los diferentes ritmos de aprendizaje. Puede sugerir las
siguientes actividades:
Logrado. Realizar algunos ejercicios con los que se profundicen los modelos matemáticos.
Medianamente logrado. Construir un glosario con los conceptos relevantes.
Por lograr. Leer nuevamente las páginas (12-23), elaborar un glosario de términos relevantes
y resolver el Ejemplo resuelto 1.
Capítulo I - Fuerzas entre cargas 19
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 20
Capítulo
I
Fuerzas entre cargas
Página 26
Objetivo: descubrir el principio
presente en un condensador.
Habilidades: observar e inferir.
Actividad 5: Acumulando carga eléctrica
Sugerencias metodológicas
Es recomendable en esta actividad que las láminas de papel aluminio queden
totalmente aisladas una de la otra. Por esta razón, el dieléctrico sugerido (papel
mantequilla) debe ser de un tamaño levemente mayor que el de las láminas.
El profesor o profesora debe orientar el planteamiento de la hipótesis, planteada
por los estudiantes, para que expliquen el fenómeno observado. Se puede
apoyar el desarrollo de la actividad realizando las siguientes preguntas:
•
•
¿Cómo aparecen cargas positivas en una de las láminas?
¿Cómo las cargas circulan hacia el LED?
El experimento no resultará si las láminas se tocan o si el dieléctrico tiene alguna
perforación. Además, los cables deben estar conectados a cada una de las
láminas y no deben estar en contacto.
Resultados esperados
Al cargar el condensador con la batería y luego descargarlo en el diodo, este
debe encenderse por un tiempo corto.
Página 28
Objetivo: analizar un
experimento clásico que
condujo a determinar la
carga de un electrón.
Habilidades: analizar y construir
tablas y gráficos, reconstruir
modelos científicos.
Ética y valores en ciencia
A partir del análisis que los
estudiantes deben realizar del
experimento de Millikan,
promueva entre ellos la
honestidad al momento de
elaborar sus respuestas.
20 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Investigación científica: Experimento de Millikan
Sugerencias metodológicas
En esta página se describe de forma cualitativa el experimento realizado por
Robert Millikan con el que pudo determinar la carga del electrón.
En la actividad se propone el análisis de una tabla de datos simulados, en la que se
entregan los valores de las cargas de algunas gotitas de aceite. Si bien en su
experimento original Millikan realizó un proceso matemático y estadístico de gran
complejidad para determinar la carga del electrón, en este caso se propone un
método similar (pero simplificado) para determinar la carga al procesar los datos de
la tabla. La importancia de este experimento es que permitió conocer características
del átomo y de la carga, como por ejemplo, la cuantización de esta última.
Resultados esperados
A partir del análisis de los datos entregados en la investigación, los estudiantes
encuentran que el valor de la carga fundamental que obtuvo Millikan fue de
1,6 · 10-19 C.
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 21
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Página 30
Objetivo: observar las líneas del
campo magnético que se crean
alrededor de un imán.
Habilidades: comparar e inferir.
Actividad 7: Observando el campo magnético
Sugerencias metodológicas
Es recomendable que las limaduras de hierro se espolvoreen en forma gradual
sobre la hoja de papel, de modo que las líneas de campo se distingan de manera
óptima. Para complementar la actividad, el docente puede pedir a los estudiantes
que dibujen en sus cuadernos la forma del campo magnético formado alrededor
del imán.
Resultados esperados
a. Al igual que en el campo eléctrico hay una interacción a distancia.
b. Campo magnético.
c. En los extremos.
d. Donde las líneas de campo son más intensas, en los extremos del imán.
Página 31
Objetivo: relacionar fenómenos
eléctricos y magnéticos.
Habilidad: inferir.
Actividad 8: Relacionando fenómenos
Sugerencias metodológicas
Uno de los momentos clave en la historia del electromagnetismo fue cuando el
danés Christian Oersted observó cómo la aguja de una brújula sufría alteraciones
en presencia de una corriente eléctrica.
El docente debe referirse al componente azaroso de la ciencia presente en
muchos descubrimientos que han resultado de forma casual. Pero debe aclarar
que la casualidad siempre está acompañada de una acuciosa observación
del entorno.
Resultados esperados
Los alumnos y alumnas observan que la aguja de la brújula se desvía y se
orienta perpendicular a la dirección del conductor. También observan que si se
invierte el sentido de la corriente, la brújula se orienta también perpendicular
al cable, pero en sentido contrario al observado anteriormente. Oriéntelos para
que imaginen las líneas de campo.
Página 34
Objetivo: analizar un
experimento clásico que
estableció la relación entre carga
y masa de un electrón.
Habilidades: reconstruir
modelos científicos.
Investigación científica: Experimento de Thomson
Sugerencias metodológicas
En esta investigación se presenta el experimento de Joseph Thomson. El énfasis
está puesto en cómo se ve afectado un flujo de cargas (electrones) por una fuerza
magnética. En el análisis se propone a los estudiantes que relacionen el
experimento de Millikan (página 28 del texto) con el de Thomson, para que
puedan determinar la masa del electrón.
Capítulo I - Fuerzas entre cargas 21
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 22
Capítulo
I
Fuerzas entre cargas
Para profundizar en el experimento de Thomson, sugiera a sus estudiantes que
visiten la siguiente página:
http://tamarisco.datsi.fi.upm.es/ASIGNATURAS/FFI/apuntes/camposMagneticos/t
eoria/applets/estacionarios/thomson/thomson.html.
En ella encontrarán un applet que simula el experimento realizado por Thomson.
Resultados esperados
Se espera que los estudiantes respondan de la siguiente forma las preguntas
de análisis.
a. • Los átomos están constitutos por partículas más pequeñas
y de naturaleza eléctrica.
• Los rayos catódicos están constituidos de pequeñas partículas.
b. El flujo de partículas (rayos catódicos), que poseen carga eléctrica y una
masa determinada.
c. Como e = 1,6 · 10-19 C, al remplazar
en
Página 35
Objetivo: observar cómo un
conductor, en presencia de
un campo magnético, sufre
la acción de una fuerza de
origen magnético.
Habilidad: inferir.
e
C
= 1,76 · 1011
m
kg
m = 9,1 · 10-31 kg.
Actividad 9: Fuerza sobre un conductor
Sugerencias metódologicas
Para que la actividad funcione correctamente es importante considerar los
siguientes aspectos:
• El conductor debe ser de aproximadamente 1 m de largo y, no debe
ser rígido.
• Se deben utilizar dos imanes con los polos enfrentados, o uno en forma de
herradura, sobre el conductor.
Resultados esperados
Los estudiantes observan cómo el conductor se desvía en presencia del imán; al
invertir los polos, el conductor se desvía en sentido opuesto. A partir de lo
observado deberían inferir que el conductor está en presencia de una fuerza.
Es recomendable que al momento de entregar a los estudiantes la expresión
matemática que representa la fuerza sobre el conductor, se realice el análisis
vectorial de la fuerza y el campo magnético. Se puede acudir a la ilustración de la
misma página o buscar en Internet alguna animación que ilustre vectorialmente
la acción del campo magnético y la fuerza.
Página 36
Objetivo: observar y analizar
la fuerza entre dos conductores
paralelos.
Habilidades: observar e inferir.
22 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Actividad 10: Fuerza entre conductores
Sugerencias metodológicas
Es importante tener en cuenta los siguientes aspectos:
•
•
•
Los alambres deben ser de 1 m de largo como mínimo.
Se debe evitar que los alambres se enrollen sobre sí mismos.
La distancia entre los dos alambres debe ser de no más de 1 cm.
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 23
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Resultados esperados
Los estudiantes observan cómo los dos conductores se atraen o repelen
(dependiendo del sentido de la corriente) por la acción de una fuerza. En
el análisis de la actividad, deben relacionar la intensidad de la corriente, la
distancia entre los conductores y la longitud de estos como variables
asociadas a la magnitud de la fuerza observada.
Al igual que en la Actividad 9, es conveniente hacer el análisis de los
vectores asociados: vector campo eléctrico, vector fuerza y el sentido de la
corriente que pasa por los conductores. El docente debe aclarar a sus
alumnos y alumnas que las expresiones matemáticas de fuerza magnética,
sobre y entre conductores, presentes en el texto, solo son aplicables a
situaciones particulares. Las leyes que se encuentran detrás de dichas
formulaciones son la ley de Ampère y la ley de Gauss, que en conjunto
dan respuesta a una gran cantidad de situaciones. Pero su compleja
formulación matemática escapa a las posibilidades del curso.
Actividad complementaria
Referente a la fuerza entre conductores paralelos, el docente puede
proponer a los estudiantes que diseñen un experimento para medirla. No
es necesario que el experimento se lleve a cabo, ya que un buen ejercicio
es diseñar el experimento de forma teórica y argumentar cada uno de los
pasos que se propongan. Una vez realizado esto, se puede escoger el mejor
diseño y llevarlo a la práctica.
Notas:
Página 37
Objetivo: explicar, en virtud de la
fuerza magnética sobre un
conductor, el principio de un
motor eléctrico.
Habilidad:: explicar.
Actividad 11: Construyendo un motor
Sugerencias metodológicas
La actividad propone la construcción de un motor eléctrico bastante sencillo.
El docente puede proponer otros tipos de modelos simples de motores
eléctricos, atendiendo a los recursos con los que disponga. Una fuente de
ejemplos es Internet. La actividad también se presta para que los y las
estudiantes busquen y fabriquen distintos modelos de motores eléctricos, luego
los comparen y expliquen las semejanzas en función de los principios físicos
presentes en ellos.
Resultados esperados
Se espera que los estudiantes observen que al acercar el imán a la bobina del
motor, esta comienza a rotar. De no producirse este resultado, se debe verificar
que la bobina tenga a lo menos 25 espiras y que el alambre esmaltado no
tenga daños en su recubrimiento.
Capítulo I - Fuerzas entre cargas 23
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 24
Capítulo
I
Fuerzas entre cargas
Páginas 38 y 39
Síntesis y evaluación de capítulo I
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Por lograr
Describe el concepto de
carga y los métodos de
electrización de los
cuerpos.
Responde correctamente
los puntos 1, 2, 3 y 4 del
ítem I y el punto 1 del
ítem III.
Responde correctamente
tres de los cinco puntos.
Responde dos o
menos puntos.
Aplica la ley de Coulomb
en ejercicios propuestos.
Responde correctamente
los puntos 1 y 3 del ítem II
y el punto 2 del ítem III.
Responde correctamente
dos de los tres puntos.
Responde solo uno de los
puntos o ninguno.
Reconoce la relación entre
los fenómenos eléctricos y
magnéticos.
Responde correctamente
los puntos 5 y 6 del ítem I y
el punto 2 del ítem II.
Responde correctamente
dos de los tres puntos.
Responde solo uno de los
puntos o ninguno.
Actividades diferenciadas:
Con el fin de atender los diferentes ritmos de aprendizaje de sus estudiantes, asigne
algunas tareas específicas para cada uno de niveles de logro. Por ejemplo: realizar un
glosario de conceptos relevantes, resolver nuevamente la evaluación intermedia y/o
realizar ejercicios de profundización.
Ampliación de contenidos para el docente
Superconductividad: el efecto Meissner
En Internet existen muchos videos asociados a este
efecto. Este puede resultar interesante de mostrar a
los estudiantes o para ser propuesto como un
trabajo de investigación.
El efecto Meissner-Ochsenfeld consiste en la
desaparición total del flujo del campo magnético
en el interior de un material superconductor por
debajo de su temperatura crítica. Fue descubierto
por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld, en 1933,
al medir la distribución de flujo en el exterior de
muestras de plomo y estaño enfriados por debajo
de su temperatura crítica en presencia de un
campo magnético.
Meissner y Ochsenfeld encontraron que el campo
magnético se anula completamente en el interior
del material superconductor y que las líneas de
campo magnético son expulsadas del interior del
material, por lo que este se comporta como un
material diamagnético perfecto. El efecto Meissner
es una de las propiedades que definen la
superconductividad, y su descubrimiento sirvió
para deducir que la aparición de esta es una
transición de fase a un estado diferente.
La expulsión del campo magnético del material
superconductor posibilita la formación de efectos
curiosos, como la levitación de un imán sobre un
material superconductor a baja temperatura.
Fuente: Serway, Raymond. (2005) Física para ciencias e ingeniería. México: Thomson Editores.
24 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 25
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Ampliación de contenidos para el docente
Campo magnético terrestre: cinturones de radiación de Van Allen
Son dos regiones formadas por partículas de alta
energía, sobre todo protones y electrones, contenidas
en el campo magnético terrestre. El cinturón externo
se extiende de 800 km a 3000 km sobre la superficie
de la Tierra, mientras que el cinturón exterior se
extiende hasta aproximadamente 60 000 km de la
Tierra. Ambas regiones forman en conjunto la
magnetósfera, y están separadas entre sí por una
frontera llamada magnetopausa. Fueron descubiertas
en 1958 por el físico norteamericano James Van Allen.
Las partículas que constituyen los cinturones de van
Allen tienen su origen en los flujos de electrones y de
protones que nos llegan desde el Sol bajo la forma de
viento solar.
El cinturón interior está formado por protones y
electrones que provienen de la desintegración de los
neutrones producidos en la atmósfera por la acción de
los rayos cósmicos. El cinturón exterior está formado
principalmente por partículas cargadas que han sido
proyectadas por el Sol. La variación del número de
partículas está asociado con la actividad del Sol. Las
partículas que salen del cinturón causan las auroras.
Fuente: Archivo editorial.
Bibliografía
•
Hewitt, Paul G. (2007). Física conceptual. México: Pearson Educación. Capítulos: 22, 24 y 25.
En este libro no se trabajan herramientas matemáticas complejas, sino que se exponen los conceptos a
través de muchos ejemplos y definiciones muy precisas.
•
Mengual, Juan Ignacio. (2007). Física al alcance de todos. Madrid: Pearson Educación. Capítulos: 10 y 11.
Libro que aborda los distintos conceptos de la física, a través de una mirada centrada en ejemplos
cotidianos y en la rigurosidad conceptual.
•
Serway, Raymond. (2005). Física para ciencias e ingeniería. México: Thomson Editores. Capítulos: 1a 4.
Libro que provee herramientas matemáticas suficientes para profundizar de mejor manera en el
desarrollo de los conceptos.
Páginas webs sugeridas para el docente:
•
http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Fisica/CargaElectrica.html
Contiene un resumen de las principales características de la carga eléctrica y la ley de Coulomb.
•
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/electrico/cElectrico.html
Muestra una animación del campo eléctrico entre dos cargas puntuales.
•
www.walter-fendt.de/ph14s/mfbar_s.htm
Animación que muestra el campo magnético detectado por una brújula alrededor de un imán.
Capítulo I - Fuerzas entre cargas 25
26 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
• Circuitos de
corriente alterna:
LC y RLC.
(3 horas)
• Inductancia.
(3 horas)
• Transformadores y
generadores
eléctricos.
(3 horas)
3. Describir y reconocer
las diferentes aplicaciones de la inducción
electromagnética.
2. Explicar el fenómeno
de inducción electromagnética y aplicar las
leyes asociadas a él.
1. Analizar la carga y
descarga de un
condensador en
términos de la
variación del voltaje y
corriente en el tiempo.
Aprendizajes
esperados
3.2 Describe el funcionamiento de los
transformadores eléctricos.
3.1 Describe el funcionamiento del
generador eléctrico.
2.2 Explica el sentido de la fem
inducida (ley de Lenz).
2.1 Describe y aplica la ley de
Faraday.
1.3 Identifica las aplicaciones de los
circuitos RC.
Organizadores
gráficos: 2.
Lecturas de apoyo: 1.
•
Tabla: 2.
Sitios web: 1.
Gráficos: 8.
Esquemas: 8.
Ilustraciones: 20.
•
•
•
•
•
•
Páginas 80-83.
• Evaluación
sumativa
del docente
Guía didáctica
Evaluación de
síntesis capítulos
I, II y III:
páginas 100-102.
• Evaluación
sumativa
Evaluación de
síntesis capítulos I
y II: páginas 68
y 69.
Síntesis y
evaluación de
capítulo II:
páginas 66 y 67.
Evaluación
intermedia:
página 57.
• Evaluación
formativa
Texto
1.2 Reconoce los circuitos de corriente
continua.
Fotografías: 12.
Evaluaciones
del estudiante
•
Recursos didácticos
1.1 Identifica gráficamente la carga y
descarga de un condensador.
Criterios
de evaluación
II
• Inducción
electromagnética.
(4 horas)
• Circuitos de
corriente continua
(RC).
(3 horas)
Contenidos/tiempo
Planificación del capítulo II
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 26
Capítulo
Electromagnetismo y circuitos eléctricos
4.2 Identifica los factores que
determinan la energía que
almacena una bobina.
5. Explicar las diferencias
entre corriente
continua y alterna y
describir las
características de los
circuitos LC y RLC.
5.3 Reconoce las aplicaciones de los
circuitos resonantes en la
sintonización de frecuencias
radiales.
5.2 Reconoce que la energía electromagnética de un circuito LC tiende
a permanecer constante.
5.1 Reconoce la frecuencia asociada a
los circuitos LC y RLC.
4.1 Reconoce las diferencias entre la
inductancia y la inductancia
mutua.
4. Analizar el fenómeno
de inductancia electromagnética.
Materiales:
f.
pilas
e. motor eléctrico
d. diodo LED
c. imán recto
b. alambre esmaltado
a. tubo plástico
•
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 27
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Capítulo II - Electromagnetismo y circuitos eléctricos 27
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 28
Capítulo
II
Electromagnetismo y circuitos eléctricos
Orientaciones metodológicas
Orientaciones generales del capítulo
El objetivo del capítulo es estudiar los fenómenos presentes en circuitos de corriente continua y de corriente alterna.
A lo largo del curso, las magnitudes vectoriales tienen gran importancia; sin embargo, si los estudiantes no tienen
gran familiaridad con el uso de vectores, se recomienda acudir a su representación geométrica solamente. El uso
de funciones trigonométricas, cuando interviene algún producto vectorial, se puede evitar acudiendo a ejemplos
simples, como el caso de vectores paralelos o perpendiculares entre sí.
En Internet existen muchos sitios donde el profesor o profesora puede encontrar simulaciones sobre los temas
del capítulo. Incentivar el uso de este medio de información, pero recomendar páginas estables y cuyas fuentes
sean confiables.
Es conveniente que el docente pida con anticipación los materiales para los experimentos. Además, se sugiere
que el docente replique las actividades previamente, de modo de detectar posibles problemas en su
implementación y evitar la improvisación.
Errores más frecuentes
• ¿Los transformadores solo cambian corriente?
Los alumnos y alumnas tienden a pensar que el transformador es un dispositivo que solo cambia corriente. Se les
debe aclarar que este dispositivo cumple con un principio de conservación; por lo que la potencia eléctrica de
entrada es igual a la potencia eléctrica de salida (en el caso ideal en que no hay pérdidas de energía). Al ser así,
cuando el transformador eleva o baja la intensidad de corriente, a la vez baja o eleva el voltaje, manteniendo la
potencia constante.
Páginas 40 y 42
Objetivo: analizar los factores
que intervienen en el proceso
de carga y descarga de un
condensador.
Actividades 1 y 2: Carga y descarga de un condensador.
Sugerencias metodológicas
Como el montaje y medición de datos en un circuito RC no es simple, se propone
una actividad con datos simulados. El fuerte de dicha actividad se concentra en el
análisis de los datos entregados por la tabla. La Actividad 1 analiza el proceso de
carga del condensador, mientras que la Actividad 2, el proceso de descarga.
Habilidades: analizar e inferir.
Resultados esperados
Los estudiantes deben señalar que la carga y descarga de un condensador es
un proceso no lineal, en el que existe un comportamiento exponencial
asociado. Dicho comportamiento está acotado en ambos casos por asíntotas.
Además deben indicar que algunos de los factores que podrían intervenir en la
carga y descarga del condensador son la capacidad del condensador, el valor
de la resistencia y el voltaje inicial.
28 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 29
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Investigación científica: Transformando movimiento
en electricidad
Página 44
Objetivo: plantear hipótesis que
expliquen el fenómeno de
inducción electromagnética.
Habilidades: observar, relacionar
e inferir.
Ética y valores en ciencia
Dado que la Investigación
científica de la página 44 es de
carácter grupal, promueva a
través de ella el respeto que los
estudiantes deben tener respecto
de las opiniones y aportes de
sus pares.
Sugerencias metodológicas
Pida a sus estudiantes que se organicen en grupos de tres o cuatro integrantes
y que reúnan con anticipación los materiales sugeridos en la investigación
científica. Se deben considerar los siguientes aspectos técnicos para la correcta
implementación de la actividad:
•
•
Utilizar alambre esmaltado de 0,2 mm.
Son altamente recomendables los imanes de neodimio.
La actividad no resultará si la cantidad de vueltas de la bobina es inferior a la
sugerida en el texto o si el esmaltado del alambre no se encuentra en buen estado.
Resultados esperados
Al agitar los imanes dentro del tubo, el diodo se enciende. Los estudiantes
deberían inferir que la luminosidad del diodo depende del número de espiras,
de su diámetro y de la velocidad con la cual se agita el tubo.
Una vez finalizada la actividad pida a sus estudiantes que guarden los
materiales, ya que serán utilizados posteriormente.
Página 46
Objetivo: establecer una analogía
con el flujo electromagnético.
Habilidad: analizar.
Página 48
Objetivo: analizar la expresión
que representa la fem inducida.
Habilidad: inferir.
Actividad 3: Lluvia sobre un paraguas
Sugerencias metodológicas
Resulta muy ilustrador comenzar con la Actividad 3, para comprender el
concepto de flujo magnético. Al momento de relacionar el flujo sobre una
superficie con el ángulo, el docente debe referirse en todo momento a la
actividad realizada al inicio de la página. También, puede establecer otra
analogía con la cantidad de luz que incide sobre una hoja de papel que se
encuentra cerca de una fuente luminosa.
Actividad 4: Analizando la ley de Faraday-Lenz
Sugerencias metodológicas
Generalmente en física, al momento de ser entregadas expresiones matemáticas
que modelan ciertos fenómenos, se omite el análisis de estas, remitiéndose
solamente a remplazar los valores numéricos. La Actividad 4 del texto tiene como
objetivo analizar la expresión que representa la fem inducida (ley de Faraday). Es
importante que el docente incentive a sus alumnos y alumnas a analizar todas
las expresiones matemáticas relacionadas a principios y/o leyes. Esto genera una
comprensión más profunda de los contenidos, además de desarrollar
habilidades científicas de orden superior.
Capítulo II - Electromagnetismo y circuitos eléctricos 29
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 30
Capítulo
II
Electromagnetismo y circuitos eléctricos
Página 50
Objetivo: observar que un
conductor en movimiento en
torno a un campo magnético
constante induce una fem.
Habilidades: observar e inferir.
Página 51
Objetivo: observar y proponer
hipótesis que expliquen el
funcionamiento de un
generador eléctrico.
Habilidades: observar e inferir.
Actividad 5: Conductor en movimiento
Sugerencias metodológicas
Como en esta actividad se utilizan los mismos materiales que en la investigación
científica de la página 44 del texto, el docente debe indicar previamente que
estos deben ser guardados. Es importante que en la actividad los estudiantes
relacionen la velocidad con que se mueve el conductor y la cantidad de espiras
de la bobina con el valor de la fem obtenida.
Actividad 6: Construyendo un generador
Sugerencias metodológicas
Una de las aplicaciones más importantes de la ley de Faraday y la ley de Lenz son
los generadores de corriente. Es importante tener presente el uso de una rueda
dentada en la construcción del generador de corriente, ya que puede aumentar
de forma significativa la rapidez angular del eje del motor, necesaria para
producir una fem que encienda el diodo.
Actividad complementaria
El docente puede proponer un trabajo bibliográfico a sus alumnas y
alumnos cuyo tema principal sean las aplicaciones de los generadores de
corriente y su importancia en la producción de energía eléctrica a base de
energía mecánica.
Notas:
Página 52
Objetivo: recopilar información y
emitir opiniones sobre la
producción de energía eléctrica
en nuestro país.
Habilidades: investigar
y argumentar.
Página 57
Actividad 7: Generación eléctrica en Chile
Sugerencias metodológicas
Si bien la actividad no se relaciona directamente con la ley de Faraday-Lenz, es
una buena oportunidad para que los estudiantes puedan investigar y tener un
juicio fundado respecto de las distintas opciones que nuestro país tiene frente a
la inversión energética.
Evaluación intermedia
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para el ítem de completación de oraciones y de resolución de problemas,
se propone la siguiente rúbrica.
30 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 31
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Por lograr
Reconoce las leyes de
Faraday y de Lenz.
Responde correctamente
los puntos a, b, c y d del
ítem II.
Responde correctamente
Responde correctamente
dos o tres de los puntos del uno o ninguno de los
ítem II.
puntos del ítem II.
Aplica las leyes de Faraday
y de Lenz en la resolución
de problemas.
Responde correctamente
los problemas 1 y 2 del
ítem III.
Responde correctamente
uno de los problemas del
ítem III.
Página 58
Objetivo: observar las variaciones
que experimenta la corriente por
la presencia de un solenoide.
Habilidades: observar, comparar
e inferir.
No responde correctamente ninguno de los
problemas del ítem III.
Investigación científica: Variación de corriente en una bobina
Sugerencias metodológicas
Es recomendable que construyan la bobina utilizando alambre de cobre
esmaltado y un tubo de cartón o PVC. El docente debe sugerir a los estudiantes
que guarden los materiales, puesto que serán utilizados en las
actividades siguientes.
Para que la actividad propuesta funcione correctamente, se deben tener las
siguientes consideraciones:
• El recubrimiento del alambre no debe tener imperfecciones.
• El voltaje de la ampolleta no debe superar al de la pila. De hecho, en caso de
no observarse el fenómeno, se puede incorporar otra pila en serie con la
anterior, para aumentar la diferencia de potencial.
Resultados esperados
Una vez realizada la actividad, los estudiantes pudieron observar cómo el
solenoide produjo variaciones en la corriente detectadas a través de la ampolleta.
Ellos proponen que la acción del campo magnético generado por la bobina
produce variaciones sobre la corriente.
Página 60
Objetivo: analizar la expresión
para la energía en una bobina.
Habilidad: deducir.
Actividad 8: Análisis dimensional de la energía
Sugerencias metodológicas
Siempre es importante realizar los análisis dimensionales de las expresiones
matemáticas; en este caso, la de energía almacenada en una bobina, para
comprobar la correspondencia entre el concepto representado y su respectiva
unidad en el SI. El docente puede hacer notar que cuando dicha correspondencia no existe, aquello puede ser atribuido a algún error en las variables de la
expresión o a un error en el procedimiento algebraico.
Para el caso de la energía almacenada en una bobina, es conveniente discutir la
factibilidad de esta expresión a través de sus unidades y factores que
intervienen. Destacar que el campo magnético en el espacio interior (núcleo) de
la bobina es el que contiene mayoritariamente la energía (el campo magnético
fuera del núcleo es normalmente pequeño).
Capítulo II - Electromagnetismo y circuitos eléctricos 31
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 32
Capítulo
II
Electromagnetismo y circuitos eléctricos
Página 61
Objetivo: verificar que ciertas
expresiones matemáticas para
carga y corriente, en función del
tiempo, mantienen constante la
energía electromagnética en un
circuito LC.
Habilidad: deducir.
Página 62
Actividad 9: Energía electromagnética constante
Sugerencias metodológicas
El docente debe indicar a sus estudiantes que la energía electromagnética en un
circuito LC tiene una forma diferencial, por lo que los valores de carga y
corriente en función del tiempo son el resultado de dicha ecuación. Como es
natural, la matemática asociada a estos procedimientos escapa a las
posibilidades de este curso. Una forma de que los y las estudiantes conozcan
algunas soluciones que mantienen constante la energía es verificando
matemáticamente ciertas soluciones dadas.
Equivalente mecánico de un circuito LC
Sugerencias metodológicas
En esta página se presenta una analogía mecánica de un circuito LC. Es
conveniente que el docente realice el paralelo, mostrando los momentos en que
el péndulo tiene energía cinética máxima y mínima, y también cuándo posee
energía potencial máxima y mínima, y asociarlas a la energía del condensador y
a la bobina.
Otra analogía mecánica que el docente puede establecer respecto de un
circuito LC es el de un sistema masa resorte que oscila libremente.
Página 63
Objetivo: a través de una
analogía, explicar el principio de
un circuito RLC.
Habilidades: comparar y relacionar.
Actividad 10: Estableciendo analogías
Sugerencias metodológicas
La Actividad 10 propone establecer un equivalente mecánico para el caso de un
circuito RLC. El docente debe hacer notar que las oscilaciones forzadas que
experimenta un sistema masa-resorte en un medio viscoso es equivalente a las
oscilaciones que experimenta un circuito LC en presencia de una resistencia R.
La resistencia del circuito equivale a la resistencia que ofrece el medio viscoso a
las oscilaciones de resorte.
Para la actividad, resulta práctico utilizar como resorte un espiral para anillado,
puesto que la constante elástica de estos es relativamente baja. También el
resorte puede ser remplazado por un elástico, como el utilizado en los billetes.
Resultados esperados
Los estudiantes identifican y asocian elementos en un sistema mecánico, como
resistencia eléctrica con medio viscoso y oscilación mecánica con oscilación
electromagnética. Además, en ambos casos (circuito y equivalente mecánico)
proponen que la energía disipada se transforma en calor.
32 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 33
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Página 64
Actividad 11: Comparando energías
Objetivo: comparar la
representación gráfica de la
energía en un circuito LC y en un
circuito RLC.
Habilidad: asociar.
Página 65
Sugerencias metodológicas
Es importante que se realice la comparación gráfica entre la energía de los dos
circuitos. El docente debe mencionar a los estudiantes que la energía disipada
en el circuito RLC se transforma en calor.
Cuando un circuito RLC se encuentra con un voltaje alterno, existe resistencia
asociada al resistor, al condensador y a la bobina que se llama reactancia óhmica,
capacitiva e inductiva, respectivamente. Otra magnitud asociada a los circuitos
RLC es la impedancia (Z), que representa la constante de proporcionalidad
entre el voltaje máximo y la corriente máxima.
Aplicaciones de los circuitos LC y RLC
Sugerencias metodológicas
En esta página se presentan algunas aplicaciones de los circuitos LC y RLC.
El docente puede motivar a los estudiantes para consultar bibliografía acerca de
otras aplicaciones de la resonancia en circuitos eléctricos.
Páginas 66 y 67
Síntesis y evaluación de capítulo II
Resultados esperados
En estas páginas se presenta una evaluación que consta de dos partes: una de
síntesis y otra de proceso. Proponga a sus alumnos y alumnas que completen el
esquema conceptual en sus cuadernos y que luego compartan los resultados
con el resto de sus compañeros y compañeras.
Para la evaluación de proceso, se propone la siguiente rúbrica:
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Reconoce y aplica el
concepto de inducción
electromagnética.
Responde correctamente
los puntos 1, 2 y 3 del
ítem II.
Responde correctamente
dos de los tres puntos.
Describe circuitos
osciladores LC y RLC..
Responde correctamente
Responde correctamente
los puntos 4 y 5 del ítem I y uno de los dos puntos
del ítem I y parcialmente
responde el ítem III.
el ítem III, o responde
completamente el ítem III.
Por lograr
Responde solo un punto
del ítem II.
Responde uno de los dos
puntos del ítem I o
parcialmente el ítem III.
Capítulo II - Electromagnetismo y circuitos eléctricos 33
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 34
Capítulo
II
Electromagnetismo y circuitos eléctricos
Páginas 68 y 69
Evaluación de síntesis
En estas páginas se presenta un instrumento que evalúa los contenidos y
habilidades centrales de los capítulos I y II.
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para la evaluación de proceso, se propone la siguiente rúbrica:
Indicadores de logro
Logrado
Reconoce las características Responde correctamente
de la fuerza eléctrica.
las preguntas 1, 2 y 3 del
ítem I y la pregunta 1 del
ítem III.
Medianamente logrado
Por lograr
Responde correctamente
las tres preguntas del ítem I
o responde correctamente
la pregunta del ítem III.
Responde correctamente
menos de tres preguntas
del ítem I y responde de
manera incompleta o
incorrecta la pregunta del
ítem III.
Reconoce y describe
características del campo
eléctrico y el comportamiento de cargas
eléctricas en su presencia.
Responde correctamente
Responde correctamente
las preguntas 4 y 5 del ítem las preguntas del ítem I o
I y la pregunta 2 del ítem III. responde correctamente la
pregunta del ítem III
Responde correctamente
menos de dos preguntas
del ítem I y de manera
incompleta o incorrecta la
pregunta del ítem III.
Reconoce y comprende la
relación entre fenómenos
eléctricos y magnéticos.
Responde correctamente
las preguntas 6 y 7
del ítem I.
Responde de manera
incorrecta ambas
preguntas del ítem I.
Comprende el proceso de
carga y descarga de un
condensador.
Responde correctamente la Responde correctamente
pregunta 1 del ítem II.
dos de los puntos de la
pregunta 1 del ítem II.
Responde correctamente
solo uno de los puntos
de la pregunta 1 del ítem II
o ninguno.
Comprende las leyes de
inducción y las aplica en
la resolución de problemas
relacionados con
transformadores.
Responde correctamente la Responde correctamente
pregunta 2 del ítem II y la
solo una de las preguntas
pregunta 3 del ítem III.
planteadas.
Responde de manera
incorrecta ambas
preguntas.
Actividades diferenciadas:
Responde correctamente
una de las preguntas del
ítem I.
Sugiera las siguientes actividades, para cada nivel de logro obtenido por sus estudiantes:
Logrado. Explicar el funcionamiento de una botella de Leiden.
Medianamente logrado. Realizar un glosario con los conceptos relevantes del capítulo.
Por lograr. Leer nuevamente las páginas (12-65), elaborar un glosario de términos relevantes,
desarrollar los Ejemplos resueltos y las evaluaciones intermedias del capítulo.
34 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 35
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Actividad complementaria
¿Cómo usar con seguridad la red eléctrica?
Motivación
En muchos de los experimentos
asociados a la electricidad y al
magnetismo, es posible que se
requiera utilizar la red eléctrica
domiciliaria. Pero ¿qué peligros
existen en su uso?, ¿cuáles son las
precauciones que se deben tomar
al momento de usar la red
domiciliaria?
Formen grupos de cuatro o cinco
estudiantes y realicen un listado
con las precauciones que hay que
tener al momento de usar la red
eléctrica domiciliaria.
Materiales: 2 detectores de fase (por grupo) y un trozo de cable flexible de
unos 2 m de largo.
Actividad
Para saber cuándo un terminal porta corriente eléctrica, se utilizan los
llamados detectores de fase (probador de corriente o busca polos), que se
insertan en uno de los agujeros de un enchufe y, al poner un dedo en su
extremo, una ampolleta se enciende indicando la circulación de una
corriente eléctrica. Para analizar su funcionamiento sigan los siguientes
pasos, siempre supervisados por su profesor o profesora:
1. Desarmen uno de los detectores de fase y describan sus componentes.
2. Con mucho cuidado introduzcan en cada uno de los orificios de un
terminal de corriente el otro detector de fase (dejen puesto el pulgar en
el extremo del detector como se muestra en la fotografía 1).
3. Con dos metros de alambre aislado y huincha aisladora, realicen un
montaje similar al que muestra la fotografía 2. Una vez que uno de los
extremos del alambre esté conectado a la terminal de corriente, y
sosteniendo el probador, den un salto y observen lo que sucede.
Anoten sus observaciones y luego respondan las siguientes preguntas:
a. ¿Cómo funciona el detector de fase?
b. ¿Por qué no sienten los efectos de la corriente eléctrica al poner el dedo
en el extremo del probador?
c. ¿Qué observaron al saltar con el probador en la mano?, ¿cómo lo
explicarían?
d. Basándose en lo anterior, ¿por qué las aves no se electrocutan cuando se
posan en los cables de los postes del alumbrado público?
Indicaciones al docente
Notas:
Esta es una actividad transversal a toda la unidad de electricidad y
magnetismo, puesto que en muchos experimentos y actividades los
estudiantes pueden verse tentados a utilizar la red eléctrica domiciliaria. Por
esta razón la actividad tiene como objetivo dar a conocer los peligros de su
uso, pero, a su vez, señalar cómo utilizarla sin peligro.
Funcionamiento del probador de corriente o detector de fase
El probador de electricidad permite comprobar la existencia o no de
corriente eléctrica. En su interior, en la parte ancha del mango dispone de
una resistencia (lámpara de neón). Al poner la punta del destornillador en el
conductor con corriente y con el dedo cerrando el circuito en la placa
metálica del final del mango del probador, la luz se encenderá. Esto indica la
existencia de corriente eléctrica, la cual pasa a través del cuerpo hacia tierra.
Capítulo II - Electromagnetismo y circuitos eléctricos 35
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 36
Capítulo
II
Electromagnetismo y circuitos eléctricos
Ampliación de contenidos para el docente
Descarga de condensadores: generador de
potencia pulsada
Puede resultar interesante para los alumnos y
alumnas que el docente explique con detalle una de
las aplicaciones del proceso de descarga de condensadores en serie para la generación de plasma
(materia a muy alta temperatura).
En Chile se realizan investigaciones para producir
plasma y estudiar sus propiedades usando
generadores de potencia pulsada. Una de las
formas de producir plasma es con descargas
eléctricas pulsadas. Por ejemplo, en un par de
electrodos, entre los que hay un gas, se aplica alto
voltaje (miles de volts) en un tiempo muy corto
(fracciones de segundo), así el gas se ioniza,
produciendo un rayo. Usando fotografías
ultrarrápidas, se ha logrado captar imágenes de la
secuencia de descarga a través de un gas y de la
geometría que adopta el plasma en el tiempo.
Desde el año 2002 funciona en nuestro país un
equipo llamado SPEED 2, donado por la Universidad
de Dusseldorf (Alemania) a la Comisión Chilena de
Energía Nuclear (CChEN). El SPEED 2 es el generador
para descargas pulsadas de mayor potencia en el
hemisferio sur.
Fuente: Archivo editorial.
36 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Funcionamiento del generador
El generador es capaz de almacenar 187 mil joules
de energía eléctrica que la transforma en un pulso de
corriente de 4 000 000 de amperes. Esta energía se
almacena en 40 líneas de condensadores y se
descarga en un gas contenido en el centro del
equipo, donde se produce plasma durante medio
microsegundo.
Antes de ingresar el gas (que puede ser deuterio o
una mezcla de hidrógeno con argón) en la cámara,
se hace un vacío de 10-5 mb (mb: milibar, una
milésima parte de la presión atmosférica); luego que
ingresa el gas, la presión es del orden de algunos
milibares. La temperatura que alcanza el gas en su
región más densa, en el momento de la descarga, es
de unos 5 500 000 a 11 000 000 K. Es importante
notar que para capturar información de lo que
ocurre en intervalos tan cortos como en la descarga,
es necesario usar alta tecnología digital, por ejemplo,
un osciloscopio, que es capaz de discernir señales
con un intervalo de 10-11 s.
La potencia que desarrolla el SPEED 2 en una
descarga es de alrededor de 500 mil millones de
watts (recuerda que la potencia es la energía liberada
en un intervalo de tiempo 1 W = 1 J/s). Esta potencia
es 1200 veces mayor que la que produce una central
hidroeléctrica como Colbún Machicura, en la VII
Región. La clave está en que la energía que se
descarga en el gas, aunque no es mayor que la
necesaria para hervir medio litro de agua, se libera en
una fracción muy corta de tiempo (media
millonésima de segundo).
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 37
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Bibliografía
•
Hewitt, Paul G. (2007). Física conceptual. México: Pearson Educación. Capítulo 25.
En este libro no se trabajan herramientas matemáticas complejas, sino que se exponen los conceptos a
través de muchos ejemplos y definiciones muy precisas.
•
Mengual, Juan Ignacio. (2007). Física al alcance de todos. Madrid: Pearson Educación. Capítulos: 10 y 11.
Libro que aborda los distintos conceptos de la física, a través de una mirada centrada en ejemplos
cotidianos y en la rigurosidad conceptual.
•
Serway, Raymond. (2005). Física para ciencias e ingeniería. México: Thomson Editores. Capítulos: 6 a 11.
Libro que provee herramientas matemáticas suficientes para profundizar de mejor manera en el
desarrollo de los conceptos.
Páginas webs sugeridas para el docente:
•
http://personales.upv.es/jogomez/simula/Tema14/RC_Demo.html
Se puede encontrar una animación interactiva que representa un circuito RC.
•
http://personales.upv.es/jogomez/simula/Tema13/drag.html
Contiene una animación que muestra la ley de Faraday.
•
http://personales.upv.es/jogomez/simula/Tema14/LRC_Demo.html
Contiene una animación que muestra un circuito RLC.
Capítulo II - Electromagnetismo y circuitos eléctricos 37
38 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
• Transmisión y
recepción de ondas
electromagnéticas.
(3 horas)
• Aplicaciones del
espectro
electromagnético.
(3 horas)
• Espectro
electromagnético.
(3 horas)
• Características de
las ondas
electromagnéticas.
(4 horas)
3. Identificar los
diferentes tipos de
ondas
electromagnéticas.
2. Describir los aportes
realizados al
electromagnetismo
por James Maxwell y
Heinrich Hertz.
1. Reconocer que la
vibración de una carga
eléctrica produce una
onda electromagnética
que se propaga por el
espacio.
Aprendizajes
esperados
3.1 Clasifica los distintas ondas
electromagnéticas según su
frecuencia.
2.2 Comprende las consecuencias del
experimento de Hertz.
2.1 Reconoce las principales
predicciones de la teoría
electromagnética de Maxwell.
1.2 Explica la propagación de las
ondas electromagnéticas como
inducciones sucesivas de campos
eléctricos y magnéticos.
1.1 Reconoce que toda carga
acelerada emite una onda
electromagnética.
Criterios
de evaluación
Infografías: 2.
Organizadores
gráficos: 1.
Lecturas de apoyo: 3.
•
•
Sitios web: 2.
•
•
Esquemas:11.
Ilustraciones: 7.
•
•
Fotografías: 20.
•
Recursos didácticos
Páginas 84-87
• Evaluación
sumativa
del docente
Guía didáctica
• Evaluación
sumativa
Evaluación de
síntesis capítulo I,
II y III:
páginas100-102.
Síntesis y
evaluación de
capítulo III:
páginas 94 y 95.
Evaluación
intermedia:
página 86.
• Evaluación
formativa
del estudiante
Texto
Evaluaciones
III
• Emisión y
propagación de
ondas
electromagnéticas.
(3 horas)
Contenidos/tiempo
Planificación del capítulo III
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 38
Capítulo
Ondas electromagnéticas
5. Describir el
mecanismo de
transmisión y
recepción a través de
ondas electromagnéticas.
4. Comparar las ondas
electromagnéticas y
las ondas mecánicas y
reconocer en la luz las
microondas, los rayos
X, etc., ondas electromagnéticas de
diferente frecuencia y
energía.
5.2 Describe el proceso de recepción
de ondas de radio.
5.1 Describe el proceso de transmisión
de ondas de radio.
4.2 Describe las aplicaciones de las
zonas del espectro electromagnético.
4.1 Señala las diferencias y
semejanzas entre ondas mecánicas
y ondas electromagnéticas.
Materiales:
diodo de germanio
tubo de PVC
m. condensador variable
l.
k. cables conectores
j. auricular de teléfono
i.
h. regla
g. hoja de papel
f. una cuerda
e. soporte universal
d. alambre de cobre
c. batería de automóvil
b. brújula
a. papel aluminio
•
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 39
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Capítulo III - Ondas electromagnéticas 39
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 40
Capítulo
III
Ondas electromagnéticas
Orientaciones metodológicas
Orientaciones generales del capítulo
Los objetivos del capítulo son que los estudiantes establezcan la relación entre cargas eléctricas aceleradas y la
generación de ondas electromagnéticas y que reconozcan la gran importancia de las ondas electromagnéticas
en el mundo en que vivimos.
El docente, junto con entregar el contenido, puede orientar una reflexión respecto a los medios de comunicación que transmiten por ondas (radio, televisión, teléfono, entre otros.); por ejemplo: ideas y valores que
promueven.
En este capítulo, es posible que los estudiantes realicen experimentos verdaderos y no tengan que limitarse a
trabajar con simples modelos o simulaciones de situaciones inaccesibles directamente. Esta oportunidad debe
aprovecharse.
Es conveniente desarrollar actividades destinadas a satisfacer inquietudes de alumnas y alumnos respecto al
tema. El texto propone una variedad de actividades de diversos niveles de dificultad de implementación.
Errores más frecuentes
• ¿Emisión y transmisión son lo mismo?
En ondas electromagnéticas, los conceptos de emisión y transmisión son totalmente distintos, ya que la emisión
electromagnética es un proceso generado a nivel atómico y como consecuencia de la estabilidad energética del
átomo. La transmisión electromagnética, en cambio, es el proceso en que la energía se propaga a través del espacio
(vacío o medio material) como una onda transversal y cuya rapidez es igual a la de la luz.
Más que una concepción errada, a los alumnos y alumnas les cuesta comprender y sobre todo imaginar que una onda
electromagnética sea catalogada como transversal y que pueda viajar en el vacío. Esto se puede aclarar mostrando la
diferencia entre onda longitudinal y una onda transversal, con un resorte largo. Después de establecer esta diferencia
se puede recurrir a una maqueta, que la podrían construir los propios estudiantes, en que se represente el campo
eléctrico y el campo magnético variable en el tiempo y la dirección de la propagación de la onda.
40 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 41
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Páginas 70 y 71
Objetivo: observar que una
perturbación de origen
electromagnético, que se
propaga a través del espacio,
transporta energía.
Habilidades: observar, describir
e inferir.
Actividad 1: Relacionando fenómenos eléctricos y magnéticos
Sugerencias metodológicas
El principio de la actividad propuesta se encuentra en la fuente variable que
origina la corriente (batería de automóvil que se conecta y desconecta). Es
importante que señale a sus estudiantes que la batería entrega c. c., y que la
variación de esta no se produce por un cambio de sentido en la corriente, sino
que por un proceso de conexión y desconexión de la fuente. Debido a esto, las
cargas oscilan emitiendo una onda electromagnética, la que puede ser
detectada por la brújula o el péndulo electrizado. El docente debe poner énfasis
en que “algo” entre el conductor y la brújula y/o péndulo se propaga. Se deben
considerar los siguientes aspectos para que la actividad indagatoria resulte de
forma óptima:
•
La batería de automóvil debe estar con carga completa.
•
La esfera de papel aluminio debe ser pequeña y, además, estar conectada a
un cable muy flexible.
•
La distancia entre el péndulo y el conductor no debe ser superior a 20 cm.
Resultados esperados
Los estudiantes observan que al conectar y desconectar la batería, el péndulo y la
aguja de la brújula oscilan. A partir de ello, infieren que una onda de
características electromagnéticas se transmite por el espacio entre el conductor y
el péndulo, y además proponen que dicha onda transporta energía.
Página 73
Objetivo: analizar el experimento
de Hertz y sus consecuencias.
Habilidad: inferir.
Actividad 2: El experimento de Hertz
Sugerencias metodológicas
Uno de los experimentos clave en la historia del electromagnetismo fue el que
realizó el físico alemán Heinrich Hertz, puesto que con este experimento se
comprobó la existencia de las ondas electromagnéticas. El docente debe poner
especial énfasis en que, en física, los postulados teóricos deben ser validados experimentalmente. Este es uno de los procesos fundamentales del quehacer científico.
Algunas orientaciones que pueden guiar el análisis propuesto en la actividad son:
•
Hertz utilizó un circuito LC debido a que produce la oscilación de cargas. Esta
oscilación a su vez genera una onda electromagnética.
•
Al variar el plano detector respecto de la propagación del campo magnético.
El flujo magnético detectado disminuye hasta cero, cuando el plano detector
es paralelo al campo (plano xz).
•
Se produce resonancia cuando la frecuencia del emisor coincide con la
frecuencia natural del detector.
Actividad complementaria
Notas:
El profesor o profesora puede complementar esta actividad pidiendo a los
estudiantes que mencionen o investiguen situaciones en física en las que los
postulados y predicciones teóricas hayan sido demostradas experimentalmente tiempo después.
Capítulo III - Ondas electromagnéticas 41
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 42
Capítulo
III
Ondas electromagnéticas
Página 74
Objetivo: inferir que las
variaciones en el campo eléctrico
de una carga que oscila generan
una onda electromagnética.
Habilidades: comparar e inferir.
Página 78
Objetivo: investigar sobre
el experimento de Michelson
y Morley.
Habilidad: explicar.
Actividad 3: Carga eléctrica oscilante
Sugerencias metodológicas
En la actividad se presenta una situación hipotética donde se muestra una carga
positiva que oscila verticalmente. Hacer ver que las variaciones de las líneas de
fuerza del campo eléctrico generadas por esta carga afectan a otras cargas que
puedan encontrarse en sus inmediaciones y que, como su movimiento vertical
corresponde a una corriente alterna que genera un campo magnético variable,
afectará también los imanes que se encuentran a su alrededor. En este caso
enfatizar que ambos efectos, el eléctrico y el magnético, son inseparables.
Actividad 4: Describiendo el experimento de Michelson y Morley
Sugerencias metodológicas
Si bien no es parte del contenido, es importante que el docente invite a los
estudiantes a investigar ciertos hitos de la física que posibilitaron la instalación
de nuevos paradigmas científicos. El experimento de Michelson y Morley es uno
de los grandes acontecimientos de la física moderna. Por mucho tiempo se
especuló que la luz, al igual que una onda mecánica, se propagaba en un medio
al que se le llamó éter cósmico. A partir del experimento de Michelson y Morley
se demostró que la luz y toda onda electromagnética se propagan en el vacío.
El docente debe solicitar a los alumnos y alumnas que describan el diseño
experimental utilizado por Michelson y Morley, y señalen en la hipótesis
sobre la que fundaron su experimento. Puede proponerles una investigación
bibliográfica respecto de los grandes experimentos realizados en los siglos
XIX y XX, donde podrían describir los diseños experimentales y las hipótesis de
trabajo en cada caso. Luego comunicar el resultado de su investigación al
resto del curso a través de un informe escrito y/o una presentación.
Página 79
Objetivo: a partir de la expresión
de la velocidad de una onda
mecánica, proponer una fórmula
que represente la velocidad de
una onda electromagnética.
Habilidad: relacionar.
Actividad 5: Ondas mecánicas
Sugerencias metodológicas
Seguramente en la unidad de sonido de 1.º medio, los estudiantes vieron la
expresión matemática que representaba la velocidad de una onda sonora. Es
importante que el docente haga la conexión con dicho contenido al momento
de presentar la fórmula de la rapidez de una onda electromagnética.
Un aspecto que se debe destacar es que la velocidad de una onda electromagnética se mantiene constante (siempre y cuando no cambie de medio
de propagación).
En la misma página se habla de la intensidad de una onda electromagnética. Si
bien esta es una característica de una onda electromagnética que se relaciona
con la energía, el docente puede proponer que los alumnos y alumnas
investiguen cuál es la relación matemática entre distancia e intensidad en una
onda electromagnética.
42 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 43
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Resultados esperados
Es aplicable la relación v = λf, pero al remplazar la velocidad, por la de la luz en el
vacío, la relación queda c = λf
Página 80
Objetivo: comprender que
la polarización de ondas solo
ocurre con aquellas que
son transversales.
Habilidad: observar.
Actividad 6: Polarización de ondas
Sugerencias metodológicas
Una de las características de una onda electromagnética es que estas se pueden
polarizar. Esto resulta evidente para las ondas electromagnéticas en el espectro
visible. Una evidencia de que las ondas electromagnéticas son transversales es
justamente que estas se polarizan; por ello, se propone la Actividad 6 para
entender el fenómeno de la polarización. Un polarizador en términos simples es
un filtro que deja pasar las ondas cuya dirección de vibración coincide con la
rendija del polarizador.
El docente puede proponer a los estudiantes que busquen algunos objetos, como
lentes ahumados u otros polarizadores y que observen el fenómeno producido
con la luz al girar un cristal respecto de otro.
Página 81
Objetivo: distinguir las
semejanzas y diferencias entre
ondas electromagnéticas y ondas
mecánicas.
Habilidad: comparar.
Actividad 7: Ondas mecánicas y electromagnéticas
Sugerencias metodológicas
Es importante que los estudiantes realicen una síntesis detallada con todas las
diferencias y semejanzas entre ondas mecánicas y ondas electromagnéticas.
Entre las diferencias, destacar:
a. Las ondas mecánicas no pueden propagarse por el vacío, como lo hacen las
ondas electromagnéticas.
b. En las ondas mecánicas, hay partículas materiales (átomos y moléculas) que
vibran en el medio por el que viajan. Lo que oscila en las ondas electromagnéticas son los campos eléctricos y magnéticos.
c. Las ondas electromagnéticas son exclusivamente transversales. En las ondas
mecánicas encontramos, además, ondas longitudinales (por ejemplo, el
sonido en el aire) y ondas de torsión.
Entre las semejanzas, destacar:
a. La descripción cuantitativa de las ondas electromagnéticas y las mecánicas es
formalmente idéntica. Para ambas tienen sentido los conceptos de amplitud
de onda, longitud de onda y de frecuencia, y en ambos casos la velocidad con
que se propaga está dada por el producto entre de la longitud y la frecuencia.
b. Ambos tipos de ondas experimentan prácticamente los mismos fenómenos.
Por ejemplo, se reflejan, refractan, dispersan y difractan. Como el rango de
longitudes de onda del espectro electromagnético es tan amplio, para poner
en evidencia estos fenómenos, fuera del rango visible, se requiere de experimentos conceptualmente idénticos a los que conocemos de la óptica, pero
con montajes tanto más diferentes mientras más nos alejamos de la zona
visible del espectro.
Capítulo III - Ondas electromagnéticas 43
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 44
Capítulo
III
Ondas electromagnéticas
Páginas 82 y 83
El espectro electromagnético
Sugerencias metodológicas
En estas páginas se presentan las principales características físicas de cada una
de las zonas del espectro electromagnético. Es importante que el docente
destaque que todas las ondas electromagnéticas están compuestas por fotones,
los que solo difieren en su energía; por consiguiente, tienen distinta longitud de
onda y frecuencia.
Página 85
Objetivo: realizar una investigación bibliográfica respecto de
las aplicaciones de las ondas
electromagnéticas.
Habilidad: clasificar.
Actividad 8: Aplicaciones de las ondas electromagnéticas
Sugerencias metodológicas
Es importante que el profesor o profesora ponga especial énfasis respecto de las
aplicaciones de las distintas zonas del espectro electromagnético.
En el mundo en que vivimos, podemos ver distintas aplicaciones de las ondas
electromagnéticas en: electrodomésticos, telecomunicación, medicina, industria, etc. Por lo mismo, el docente debe motivar a los estudiantes a que
investiguen la real importancia de dichas aplicaciones y sus consecuentes
beneficios para mejorar la calidad de vida.
También se puede proponer que los alumnos y alumnas investiguen eventuales
desventajas que tenga la utilización de tecnología en la que estén presentes las
distintas zonas del espectro electromagnético. Por ejemplo, la exposición a luz
ultravioleta en los solárium. La exposición prolongada a las microondas de
los celulares.
Actividad complementaria
Notas:
Un tema transversal, interesante de ser planteado, tiene que ver con el costo
de implementar cada vez más y mejor tecnología. Puede guiar una posible
investigación y/o debate con las siguientes preguntas:
•
•
•
•
44 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
¿Cuáles son los costos y beneficios, para los países menos desarrollados,
de la implementación de nueva tecnología?
¿Se benefician todos por igual de las nuevas tecnologías?
¿De dónde se obtienen las materias primas para crear las nuevas
tecnologías?
¿Existen aplicaciones militares de las tecnologías asociadas a las ondas
electromagnéticas?
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 45
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Página 86
Evaluación intermedia
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el solucionarlo
al final de esta guía.
Para la evaluación de proceso, se propone la siguiente rúbrica:
Indicador de logro
Logrado
Reconoce el proceso en el
que se genera una onda
electromagnética.
Completa correctamente la
oración b.
Completa parcialmente la
oración b.
No completa la oración b.
Identifica a los físicos
involucrados en la
predicción y confirmación
de la existencia de las
ondas electromagnéticas.
Completa correctamente la
oración a.
Completa parcialmente la
oración a.
No completa la oración a.
Reconoce las características
de las ondas
electromagnéticas.
Responde correctamente
los ítems 2, 3 y completa
correctamente la oración c.
Responde correctamente
solo un ítem y completa
parcialmente la oración c
o responde correctamente
los ítems 2 y 3.
Responde solo uno de los
ítems o completa
parcialmente la oración c.
Clasifica las distintas ondas
en el espectro
electromagnético.
Responde correctamente
los ítems 1, 4 y 5.
Responde dos de los
tres ítems.
Responde solo
un ítem.
Actividades diferenciadas:
Medianamente logrado
Por lograr
Sugiera las siguientes actividades a partir del nivel de logro obtenido por sus estudiantes:
Logrado. Realizar algunos ejercicios con los que se profundicen los modelos matemáticos.
Medianamente logrado. Construir un glosario con los conceptos relevantes.
Por lograr. Leer nuevamente las páginas (70-85) y elaborar un glosario con los
conceptos relevantes.
Capítulo III - Ondas electromagnéticas 45
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 46
Capítulo
III
Ondas electromagnéticas
Actividad 9: Transmisión de información a través de una
onda electromagnética
Página 87
Objetivo: comprender, de forma
análoga, el proceso en que se
realiza una transmisión televisiva.
Habilidades: modelar e inferir.
Sugerencias metodológicas
La indagación propone una actividad muy simple, en la que se representa el
proceso de codificación y decodificación de una señal televisiva. Es importante
que el docente guíe la actividad, propiciando que los estudiantes realicen las
analogías pertinentes, puesto que no es una actividad experimental.
Página 90
Objetivo: construir un receptor
de radio.
Habilidad: aplicar.
Actividad 10: Construcción de un receptor de radio
Sugerencias metodológicas
La actividad sugiere la construcción de un simple receptor de radio (similar a la
vieja radio galena). Se requiere un auricular de teléfono (idealmente de unos
2000 Ω de impedancia). Otro elemento importante es el diodo de germanio (D),
el cual sustituye a la piedra galena. Algunos que pueden remplazar a aquel en la
actividad son 1N60 o el 1N4148. El condensador variable lo pueden conseguir
de una vieja radio a pilas.
Página 91
Actividad 11: Historia de la radio
Objetivo: realizar una investigación bibliográfica respecto a la
historia de la radio.
Sugerencias metodológicas
Habilidad: clasificar.
•
Contribución de la radio a la globalización mundial.
•
Papel de este medio de comunicación en la actualidad.
En la actividad que se propone, el docente debe poner énfasis en aquellos
aspectos culturales asociados al medio de comunicación. Se puede guiar la
actividad a través de los siguientes puntos:
Resultados esperados
Reconocen la importancia de Hertz, Marconi, Popov y Tesla en el desarrollo de la
radiofonía. Haga notar a sus estudiantes el carácter colaborativo de la ciencia,
pues cada descubrimiento nuevo tiene un precedente en el que se apoya.
Observan que la mayor velocidad en las comunicaciones acelera los
intercambios económicos, científicos y culturales.
46 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 47
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Página 94 y 95
Síntesis y evaluación de capítulo III
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para la evaluación de proceso, se propone la siguiente rúbrica.
Indicador de logro
Logrado
Medianamente logrado
Por lograr
Reconoce la naturaleza de
Responde correctamente
una onda electromagnética. los puntos 1 y 2 del ítem I.
Responde correctamente
uno de los puntos
del ítem I.
No responde ningún
punto del ítem I.
Explica, en términos de sus
características, qué es una
onda electromagnética.
Responde correctamente
los puntos 3, 4 y 5 del
ítem I, y los puntos 1, 2 y 3
del ítem II.
Responde correctamente
cuatro de los seis puntos.
Responde tres o
menos puntos.
Reconoce algunas
características de las
ondas radiales.
Responde el punto 6 del
ítem I y el ítem III.
Responde el punto 6 del
ítem I y parcialmente el
ítem III, o responde
completamente el ítem III.
Responde solo el punto 6
del ítem I o responde
parcialmente el ítem III.
Actividades diferenciadas:
Para atender los diferentes ritmos de aprendizaje de sus estudiantes, asigne algunas tareas
específicas para cada uno de niveles de logro, como por ejemplo: realizar un glosario de
conceptos relevantes, resolver nuevamente la evaluación intermedia y los ejemplos
resueltos, y/o desarrollar ejercicios adicionales de profundización.
Capítulo III - Ondas electromagnéticas 47
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 48
Capítulo
III
Ondas electromagnéticas
Páginas 100-102
Evaluación de síntesis
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para la evaluación final, se propone la siguiente rúbrica:
Indicador de logro
Logrado
Medianamente logrado
Por lograr
Aplica relaciones y leyes
para resolver problemas.
Responde correctamente al
menos dos ítems (2, 3 o 4)
del Comprendo, el ítem 4
del Analizo y el ítem 3
del Aplico.
Responde un ítem del
Comprendo, el ítem 4 del
Analizo y el ítem 3 del
Aplico o responde los tres
ítems del Comprendo y
uno de los ítems del
Analizo o Aplico.
Responde solo los ítems
del Comprendo o responde
un ítem del Comprendo y
uno de los ítems del
Analizo o Aplico, o menos.
Describe fenómenos
eléctricos y magnéticos.
Responde correctamente el
ítem 1 del Comprendo, los
ítems 1 y 3 del Analizo y el
ítem 5 del Aplico.
Responde correctamente el
ítem 1 del Comprendo, el
ítem 1 o 3 del Analizo y el
ítem 5 del Aplico, o
responde los dos ítems del
Analizo y el ítem 5 del
Aplico.
Responde correctamente
dos o menos ítems
(independiente
de la combinación).
Aplica algunos principios
del electromagnetismo.
Responde correctamente el
ítem 5 del Analizo y los
ítems 1, 2 y 4 del Aplico.
Responde el ítem 5 del
Analizo y dos ítems del
Aplico, o responde solo los
tres ítems del Aplico.
Responde correctamente
dos o menos ítems
(independiente de la
combinación)
Describe las características
de las ondas electromagnéticas.
Responde correctamente el
ítem 2 del Analizo y el ítem
6 del Aplico.
Responde uno de los
dos ítems.
No responde ningún ítem.
Página 103
Proyecto de investigación bibliográfica
Para evaluar el proyecto, se propone la siguiente pauta de cotejo:
Criterio
Puntualidad en la entrega del informe.
Reconocimiento de la importancia del conocimiento científico.
Profundización del tema.
Calidad de las fuentes bibliográficas.
Nivel de cobertura de los ítems.
Claridad con que se exponen las conclusiones.
Capacidad de análisis y proyección acerca del tema.
Presentación general del trabajo.
48 Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Puntaje de
1-10
Unidad 1_Maquetación 1 10-11-11 12:02 Página 49
Unidad 1 - Electricidad y magnetismo
Ampliación de contenidos para el docente
Rayos gamma: aplicación de ondas electromagnéticas de alta energía
Es interesante que el docente explique algunas
aplicaciones positivas de la radiación gamma. Por
ejemplo, la potencia de los rayos gamma los hace
útiles en la esterilización de equipamiento médico.
Se suelen utilizar para matar bacterias e insectos
en productos alimentarios, tales como carne,
huevos y vegetales, con el fin de mantenerlos por
mayor tiempo.
Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos,
los rayos gamma y los rayos X tienen un amplio
espectro de usos médicos, como la realización de
tomografías y radioterapias. Sin embargo, como
forma de radiación ionizante, tienen la capacidad
de provocar cambios moleculares, pudiendo tener
efectos cancerígenos si el ADN es afectado. A
pesar de estos efectos, los rayos gamma también
se utilizan para el tratamiento de ciertos tipos de
cáncer. En el procedimiento llamado cirugía
gamma-knife, múltiples rayos γ concentrados son
dirigidos hacia células cancerosas. Los rayos son
emitidos desde distintos ángulos para focalizar la
radiación en el tumor, a la vez que se minimiza el
daño a los tejidos próximos.
Fuente: archivo editorial.
Bibliografía
•
Hewitt, Paul G. (2007). Física conceptual. México: Pearson Educación. Capítulo 26.
En este libro no se trabajan herramientas matemáticas complejas, sino que se exponen los conceptos
a través de muchos ejemplos y definiciones muy precisas.
•
Mengual, Juan Ignacio. (2007). Física al alcance de todos. Madrid: Pearson Educación. Capítulos: 12 y 13.
Libro que aborda los distintos conceptos de la física, a través de una mirada centrada en ejemplos
cotidianos y en la rigurosidad conceptual.
•
Serway, Raymond. (2005). Física para Ciencias e Ingeniería. México: Thomson Editores. Capítulo 12.
Libro que provee herramientas matemáticas suficientes para profundizar de mejor manera en el
desarrollo de los conceptos.
Páginas webs sugeridas para el docente:
•
http://fisica-quimica.blogspot.com/2006/05/ondas-y-propiedades-de-las-ondas.html
Contiene un video que muestra la emisión y propagación de las ondas electromagnéticas.
Capítulo III - Ondas electromagnéticas 49
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 50
Unidad
2
El mundo
átomico
Objetivos Fundamentales Verticales
1. Utilizar la noción de átomo y su estructura para comprender los fenómenos subyacentes de lo que se
observa en la vida diaria; apoyarse en estas relaciones para asociarse con otros campos del conocimiento
científico, como química y biología.
2. Recoger, sistematizar y evaluar información científica de diversas fuentes y comunicar los resultados en
forma oral y escrita.
Contenidos Mínimos Obligatorios
1. El átomo
a. Constituyentes del átomo: descripción cualitativa del experimento de Ernest Rutherford. Análisis
mecánico del átomo de Niels Bohr para el átomo de hidrógeno.
b. Formulación del principio de incertidumbre. Discusión, a través de ejemplos, de ámbito de relevancia
fenomenológica: el mundo atómico y el ámbito macroscópico. Abandono del concepto clásico de
trayectoria y sus consecuencias en la descripción del movimiento.
2. El núcleo atómico
a. Dimensiones del núcleo en relación con el átomo. Protones y neutrones. Su masa, carga eléctrica y espín.
Isótopos.
b. Descripción fenomenológica del decaimiento radiactivo. Vida media. Radiactividad natural. Ejemplos,
como las aplicaciones en medicina, la datación geológica y arqueológica, etc.
c. El núcleo atómico como fuente de energía. Relación entre masa y energía. Aplicaciones en fenómenos
como el decaimiento del neutrón, la fisión y la fusión nuclear.
d. Fuerzas nucleares. Nociones elementales acerca de cómo se mantiene unido el núcleo. Comparación de
la magnitud relativa de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.
e. Investigación bibliográfica y ensayo acerca de un tema de la física contemporánea que contemple la
revisión de diversas fuentes, incluyendo recursos informáticos; presentación oral y escrita.
50 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 51
Aprendizajes esperados
•
Aplicar el modelo atómico de Niels Bohr a la descripción del átomo de hidrógeno.
•
Enunciar, explicar e interpretar el principio de incertidumbre de Werner Heisenberg.
•
Analizar algunas consecuencias que el principio de incertidumbre implica en el ámbito microscópico.
•
Reconocer que en el ámbito atómico el comportamiento de los objetos es diferente al del ámbito cotidiano
macroscópico, de modo que no es siempre sensato extrapolar lo que sabemos a ámbitos de ignorancia.
•
Reconocer la pequeñez del tamaño y la alta densidad de masa del núcleo atómico, así como las características
principales de las partículas que lo componen: neutrones y protones.
•
Comprender y comunicar los conceptos de radiactividad y vida media de un núcleo atómico.
•
Identificar algunos isótopos de importancia en medicina y otros ámbitos de aplicación pacífica de la desintegración nuclear, como la datación de material arqueológico.
•
Apreciar la alta eficiencia de la conversión de masa en energía en las reacciones nucleares, en comparación con la
conversión química o térmica.
•
Comprender que existen cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza, su ordenación de más débil a más fuerte,
así como el ámbito en que cada una opera.
•
Reconocer en la física una visión del mundo viva, que evoluciona constantemente a través de la investigación
científica, llevándonos a una comprensión cada vez más acabada de la materia y el universo.
Unidad 2 - El mundo atómico 51
52 Unidad 2 - El mundo atómico
• Principio de
incertidumbre de
Heisenberg.
(3 horas)
• Incerteza clásica.
(3 horas)
• Aplicaciones del
modelo de Bohr en
el átomo de
hidrógeno.
(3 horas)
• Modelos atómicos
(Dalton-ThomsonRutherford-Bohr).
(4 horas)
3. Enunciar, explicar e
interpretar el principio
de incertidumbre de
Werner Heisenberg.
2. Aplicar el modelo
atómico de Niels Bohr
a la descripción del
átomo de hidrógeno.
1. Describir los
constituyentes del
átomo y el contexto
histórico de sus
descubrimientos.
Aprendizajes
esperados
3.2 Reconoce e interpreta la
formulación del principio de
incertidumbre.
3.1 Reconoce el error asociado a la
medición clásica.
2.2 Explica las líneas espectrales.
2.1 Aplica la relación de la energía del
estado estacionario en el átomo de
hidrógeno.
1.2 Reconoce los principales logros y
deficiencias en los modelos
atómicos.
1.1 Explica las primeras concepciones
históricas del átomo.
Criterios
de evaluación
•
•
Lecturas de apoyo: 2.
Lecturas de apoyo: 3.
Organizadores
gráficos: 2.
Sitios web: 3.
•
•
Esquemas: 3.
Ilustraciones: 17.
•
•
Fotografías: 19.
•
Recursos didácticos
Páginas 88-90.
• Evaluación
complementaria
del docente
Guía didáctica
• Evaluación
sumativa
Evaluación de
síntesis: páginas
180-182.
Síntesis y
evaluación de
capítulo I: 138 y
139.
Evaluación
intermedia:
página 129.
• Evaluación
formativa
del estudiante
Texto
Evaluaciones
I
• Evolución de la
concepción del
átomo.
(3 horas)
Contenidos/tiempo
Planificación del capítulo I
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 52
Capítulo
El modelo atómico
4. Analizar algunas
consecuencias que el
principio de
incertidumbre implica
en el ámbito
microscópico.
5.2 Establece algunos principios y
leyes comunes del mundo atómico
y macroscópico.
5.1 Establece diferencias entre las
leyes y principios que actúan en el
mundo atómico y el mundo
macroscópico.
4.2 Reconoce las consecuencias
filosóficas del fin del determinismo
científico.
4.1 Reconoce la imposibilidad de
medir de forma simultánea la
posición y momentum de un
electrón.
Materiales:
maderas
goma
j.
k. monitor de televisión
hilo
i.
h. formas de madera
g. cartón
f.
e. bolitas de cristal
d. regla
c. lupa
b. papel
a. tijeras
•
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 53
Unidad 2 - El mundo atómico
Capítulo I - El modelo atómico 53
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 54
Capítulo
I
El modelo atómico
Orientaciones metodológicas
Orientaciones generales del capítulo
Es conveniente tener presente las siguientes observaciones y sugerencias para el mejor desarrollo del capítulo.
Como en esta área de la física el trabajo experimental directo no resulta en general posible, es conveniente
abordar los aspectos experimentales con modelos. Hacer también máximo uso de material bibliográfico,
audiovisual y de Internet.
Explicar a los estudiantes que a toda medición se asocia una incerteza; es posible que tal aspecto haya sido
dejado de lado. Si así ha ocurrido, será indispensable dedicarle cierto tiempo a esta problemática, con las
actividades sugeridas.
En el ámbito de la física del átomo, se abandonan conceptos de la física clásica, como posición, trayectoria,
velocidad y la continuidad de la energía, entre otros. Se debe poner especial cuidado en la presentación de estos
contenidos a los estudiantes.
Errores más frecuentes
• El átomo y su representación errónea
Cada vez que se nos viene a la mente la palabra átomo, tendemos a imaginar un sistema solar en miniatura, donde
el núcleo está siendo orbitado por los electrones. Esta imagen, instalada culturalmente, es una visión errónea y poco
realista respecto al modelo actual. Por lo mismo, el docente debe ayudar a sus alumnas y alumnos a modificar dicha
representación y a no pensar que esta representa fielmente al átomo.
Página 105
Actividad inicial
Sugerencias metodológicas
El objetivo de esta actividad es que, con las fotografías, los estudiantes trabajen
sus concepciones previas respecto a la constitución interna de la materia. Para
ello se les propone una serie de preguntas en torno a las imágenes. Pídales que
trabajen en grupos de dos o tres estudiantes y que registren sus respuestas en
el cuaderno.
Páginas 106 y 107
Evaluación diagnóstica
La evaluación diagnóstica consta de ítems cuyos contenidos han sido vistos en
asignaturas como química y física en los años anteriores, y también de ítems de
razonamiento espontáneo.
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
54 Unidad 2 - El mundo atómico
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 55
Unidad 2 - El mundo atómico
Rúbrica para la evaluación diagnóstica
Indicadores de logro
Logrado
Identifica algunas
características de los
átomos.
Responde la pregunta 1 y
los cinco puntos de la
pregunta 3.
Explica cómo se
mantienen unidas las
moléculas en la materia.
Escoge la explicación B de
la pregunta 2.
Reconoce la representación Asocia correctamente los
gráfica de los distintos
tres modelos con el
modelos atómicos.
personaje que lo planteó, en
la pregunta 4.
Medianamente logrado
Responde la pregunta 1
y tres puntos de la
pregunta 3.
Por lograr
Responde la pregunta y dos
o menos puntos de la
pregunta 3 o no responde
el ítem 1.
Escoge la explicación
A o C, de la pregunta 2.
Asocia correctamente dos
de los tres modelos con el
personaje que lo planteó,
en la pregunta 4.
Asocia correctamente solo
un modelo con el
personaje que lo planteó o
no los asocia en la
pregunta 4.
Reconoce algunas de las
características de las
fuerzas que actúan a nivel
atómico.
Determina las frases falsas y Determina las frases falsas,
las convierte en verdaderas pero no las convierte en
en el punto 5.
verdaderas, en el punto 5.
No determina las frases
falsas en el punto 5.
Reconoce cómo se origina
la luz.
Escoge la explicación C, en
el punto 6.
Escoge la explicación B del
punto 6.
Escoge la explicación
A o D del punto 6.
Explica de donde proviene
la energía atómica.
Escoge la explicación A, en
el punto 7.
Escoge la explicación B del
punto 7.
Escoge la explicación
C o D del punto 7.
Página 108
Objetivo: plantear hipótesis
respecto a la siguiente pregunta:
¿hasta dónde se puede dividir
la materia?
Habilidad: establecer modelos.
Actividad 1: ¿Hasta dónde se puede dividir la materia?
Sugerencias metodológicas
Una de las preguntas clásicas en la historia del conocimiento es la que se
propone en la Actividad 1. Para ello, a los estudiantes se les sugiere una actividad
en la que se muestra la imposibilidad de dividir la materia con métodos
tradicionales. El docente debe poner especial énfasis en que, pese a que en la
actividad se realiza un procedimiento que requiere la utilización de materiales,
esta no es de carácter experimental, sino que corresponde a una analogía o
modelo respecto al comportamiento de la materia..
Capítulo I - El modelo atómico 55
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 56
Capítulo
I
El modelo atómico
Página 109
Objetivo: reflexionar acerca de la
validez de los postulados de la
teoría atomista.
Habilidades: reconecer
y comprender.
Actividad 2: Postulados de la teoría atomista
Sugerencias metodológicas
Aunque la teoría atomista surge en la Grecia antigua, muchos de sus postulados
continúan siendo válidos hasta hoy. Es por ello que para la actividad los
estudiantes, basándose en sus propios conocimientos, deben dar argumentos a
favor o en contra de los postulados de la teoría atomista.
Puede guiar la discusión con los siguientes argumentos:
Postulados
Postulado 1
Argumentos
A favor: la mayor parte de la materia es espacio vacío.
En contra: el vacío en la materia no es observable directamente.
Postulado 2
A favor: los átomos son pequeñas partículas cuya dureza puede ser relacionada con la energía
necesaria para dividirlos.
En contra: los átomos no son las partículas elementales y las cualidades como el color, sabor y
temperatura sí tienen que ver con las propiedades de los átomos y moléculas.
Postulado 3
A favor: de la combinación de las partículas constituyentes de los átomos se forman los distintos
elementos.
En contra: los elementos no son cuatro.
Página 110
Objetivo: realizar una investigación bibliográfica sobre los
antecedentes y principales
aportes a la idea del átomo a lo
largo del tiempo.
Habilidades: ordenar y sintetizar.
Actividad 3: Línea de tiempo en el átomo
Sugerencias metodológicas
Es importante que el docente motive a sus estudiantes a reunir y organizar
información histórica referente a la evolución del concepto de átomo. Asimismo,
apoyarlos muy de cerca en este trabajo, especialmente en la etapa de su diseño,
con el propósito de que el esquema incluya aspectos como los siguientes: las
concepciones de la materia de Tales de Mileto (quien postulaba que el agua era
la sustancia básica del universo) y de Empédocles (quien postulaba que las cosas
están hechas de cuatro elementos), cuyas ideas posteriormente son apoyadas
por Aristóteles.
Se puede sugerir que la diagramación siga una línea de tiempo. Debe cuidarse
que en el afiche los textos sean breves pero significativos, que los datos e
información sean rigurosos y que las imágenes sean representativas.
56 Unidad 2 - El mundo atómico
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 57
Unidad 2 - El mundo atómico
Página 113
Objetivo: relacionar las
evidencias obtenidas por
Thomson en su experimento, con
la conclusión que corresponda.
Habilidad: inferir.
Actividad 4: Observaciones de Thomson
Sugerencias metodológicas
Una de las etapas en todo experimento científico es aquella en la que se extraen
conclusiones a partir de las evidencias experimentales. De forma muy parcelada,
en la actividad se pide a los estudiantes que repliquen parte de este proceso,
relacionando evidencia y conclusión.
Resultados esperados
Los alumnos y alumnas establecen las siguientes relaciones entre las
evidencias y las conclusiones.
Evidencia
Conclusión
Los rayos producen sombra.
Se propagan en línea recta.
Los rayos se desvían al pasar por un campo magnético.
Son partículas con carga eléctrica.
Los rayos van siempre de la placa negativa (cátodo) a la Tienen carga eléctrica negativa.
placa positiva (ánodo).
Página 114
Objetivo: realizar observaciones
indirectas a través de colisiones
para establecer modelos respecto
de la forma de un objeto.
Habilidades: observar, establecer
modelos e inferir.
Ética y valores en ciencia
A partir de esta actividad,
promueva el orden en el desarrollo
del procedimiento
y en la entrega de los resultados.
Es importante señalar a sus
estudiantes que al respetar el
orden en un procedimiento experimental, los resultados obtenidos
son de mayor confiabilidad.
Investigación científica: ¿Cómo determinar las características
geométricas de un objeto, sin verlo directamente?
Sugerencias metodológicas
Esta actividad es altamente instructiva, en el sentido de que se muestra claramente
un aspecto importante de la metodología científica: la observación indirecta.
Es recomendable que se trabaje la actividad con diferentes formas: cuadrado,
triángulo y estrella, entre otras. El deducir dichas formas durante la actividad
puede resultar una tarea difícil para los estudiantes, quienes necesitarán efectuar
un número importante de disparos y estar muy atentos para observar lo que
ocurre en cada uno de ellos. Si se utilizan bolitas de 1 cm de diámetro, conviene
que el tamaño de la figura sea de unos 8 o 10 cm.
Capítulo I - El modelo atómico 57
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 58
Capítulo
I
El modelo atómico
Página 115
Actividad 5: Analizando el experimento de Rutherford
Objetivo: plantear una hipótesis
respecto de la composición
atómica del experimento de
Ernest Rutherford.
Sugerencias metodológicas
Habilidad: explicar.
Resultados esperados
Con las primeras observaciones efectuadas por Rutherford, descritas en la
página, se propone una actividad para que los estudiantes planteen posibles
explicaciones a los resultados del experimento.
Al analizar el experimento de Rutherford, los estudiantes podrían proponer las
siguientes hipótesis:
Página 116
•
La mayor parte de la materia es espacio vacío.
•
Los átomos están constituidos por más de una partícula.
•
Existen partículas de mayor tamaño (núcleo) al interior de los átomos, los
que ponen mayor resistencia al paso de las partículas alfa.
Actividad 6: Modelo planetario de Rutherford
Sugerencias metodológicas
Para que los estudiantes realicen el modelo que propone la actividad, es
necesario recordar y proporcionar algunos datos. Decir, por ejemplo, que el
núcleo atómico posee un radio de 10-15 m y que el 99,9 % de la masa del átomo
se encuentra en su núcleo.
Página 118
Actividad 7: Desviación de una partícula cargada
Objetivo: establecer una analogía
entre el potencial gravitatorio y
las interacciones producidas
dentro del átomo.
Sugerencias metodológicas
Habilidades: comparar y asociar.
Resultados esperados
En la actividad se propone construir un modelo geométrico que muestre cómo
el potencial gravitatorio puede ser relacionado con lo que ocurre en la
interacción eléctrica al interior del átomo.
Los estudiantes deben observar que la forma de montaña de la figura crea una
fuerza repulsiva sobre la bolita, y que si dicha forma se invierte (de embudo) crea
una fuerza atractiva sobre la bolita. De lo observado deben establecer una
analogía entre el potencial gravitatorio y la fuerza eléctrica.
58 Unidad 2 - El mundo atómico
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 59
Unidad 2 - El mundo atómico
Página 121
Objetivo: comprender que la
energía del electrón depende del
radio de la órbita.
Habilidades: observar y asociar.
Actividad 8: Órbitas circulares
Sugerencias metodológicas
Puede resultar complicado para los estudiantes entender que la energía de cada
una de las órbitas del electrón es distinta y que, a medida que la órbita se
encuentra más alejada del núcleo, la energía es mayor. Por esta razón, se
propone una actividad con una analogía en que se pueda comprender la
relación energía y radio orbital.
Resultados esperados
Los alumnos y alumnas deben observar que, a medida que se hace girar un
cuerpo con mayor radio de giro, este adquiere mayor energía mecánica y al
momento de ser soltado, dicha energía se transforma en energía cinética de
traslación. Es por ello que deben inferir que a mayor radio orbital del electrón,
mayor es la energía asociada a ese estado.
Página 123
Objetivo: comprobar matemáticamente el valor de la energía de
los estados estacionarios.
Habilidades: asociar y aplicar.
páginas 125 y 126
Objetivo: analizar las líneas
espectrales de hidrógeno,
sodio y neón.
Habilidades: analizar y plantear
hipótesis.
Ética y valores en ciencia
A partir del análisis de la
Investigación científica, recuerde
nuevamente a sus estudiantes la
importancia de no alterar los
valores al momento de completar
la tabla.
Actividad 9: Cálculo de energía
Sugerencias metodológicas
Es conveniente que los estudiantes, para tener una comprensión más profunda
de la expresión de energía del estado estacionario, repliquen el cálculo realizado
por Bohr. El docente debe propiciar que los alumnos utilicen de forma correcta
la calculadora científica, ya que permite realizar este cálculo de una sola vez.
Investigación científica: Las series espectrales
Sugerencias metodológicas
Uno de los fenómenos observados que no podía ser explicado con el modelo
atómico de Rutherford era el de las líneas espectrales. En esta investigación
científica, se muestran las líneas espectrales de tres gases: hidrógeno, sodio y neón.
Los datos obtenidos a partir de ellas deben ser organizados por los estudiantes en
una tabla: función de la longitud de onda, la frecuencia y la energía.
Resultados esperados
En el análisis de la actividad se espera que los estudiantes respondan:
a. Porque tienen distinta energía almacenada en sus enlaces atómicos.
b. Sí, puesto que pueden emitir ondas electromagnéticas en un rango no visible.
c. La energía liberada está almacenada en los átomos del gas.
d. Solamente se pueden liberar cantidades discretas de energía (cuantizadas).
Capítulo I - El modelo atómico 59
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 60
Capítulo
I
El modelo atómico
Página 129
Evaluación intermedia
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para la evaluación de proceso, se propone la siguiente rúbrica.
Indicador de logro
Logrado
Por lograr
Reconoce las limitaciones de un
modelo científico.
Responde correctamente la pregunta
1 del ítem II.
Responde de manera incorrecta o no
responde la pregunta respectiva.
Aplica la relación entre energía y
frecuencia para un fotón.
Responde correctamente la pregunta
2 del ítem II.
Responde de manera incorrecta o no
responde la pregunta respectiva.
Página 130
Objetivo: comprender que todo
instrumento de medición tiene
asociado un error.
Habilidades: medir, inferir y
elaborar hipótesis.
Página 131
Objetivo: establecer diferencias
entre medición directa e indirecta.
Habilidad: comparar.
Página 132
Objetivo: analizar diferentes
instrumentos de evaluación.
Habilidades: clasificar y describir.
60 Unidad 2 - El mundo atómico
Actividad 10: ¿Se puede determinar el tamaño exacto
de un objeto?
Sugerencias metodológicas
En física, uno de los aspectos más relevantes, sobre todo en la experimentación, es
el referido a la medición. El docente debe poner énfasis en que los estudiantes
comprendan que a toda medición se asocia un error y que no existen mediciones
perfectas, ya que estas dependen del grado de precisión con que se desea medir,
del objeto que se quiere medir, del instrumento que se utilice para hacerlo y de
cómo se realice la medición.
Actividad 11: Mediciones directas e indirectas
Sugerencias metodológicas
Es importante que el docente muestre la diferencia entre la medición directa y la
indirecta. Al medir el diámetro de una esfera, como el de una bolita de cristal, se
realiza una medición directa, pero, al querer calcular su volumen, se realiza una
indirecta. Esta diferencia al momento de determinar algún parámetro de un
cuerpo se refleja también en el tratamiento del error asociado.
Actividad 12: Instrumentos de medición
Sugerencias metodológicas
Uno de los aspectos fundamentales en la medición es conocer las características
del instrumento con el que se está midiendo. Para la Actividad 12, es
recomendable que el profesor o profesora solicite los instrumentos de medición
con anticipación.
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 61
Unidad 2 - El mundo atómico
Se recomienda que los instrumentos solicitados sean:
a. regla (sensibilidad: 1 mm)
b. balanza (sensibilidad: 1 g)
c. termómetro analógico y digital (sensibilidad: 0,1 ºC)
d. dinamómetro (sensibilidad: 0,1 N)
e. reloj (sensibilidad: 0,1 s)
Página 134
Actividad 13: Medidas en el micromundo
Sugerencias metodológicas
Objetivo: investigar sobre
la medición de cuerpos
macroscópicos.
Habilidades: ordenar e identificar.
Página 138
Uno de los aspectos que llevarán a entender el principio de incertidumbre es la
capacidad de realizar medidas en el micromundo. Es por eso que el docente debe
motivar a los estudiantes que investiguen cómo se realizan medidas de objetos
muy pequeños y cuál es el error asociado a dicha medición. El docente puede
complementar la actividad con las siguientes preguntas:
•
¿Cómo es la relación entre el error asociado a la medición y el tamaño del
objeto por medir?
•
¿Existe la medición directa en el micromundo?
Síntesis y evaluación de capítulo I
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para la evaluación de proceso de la página, se propone la siguiente rúbrica:
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Por lograr
Reconoce las características Responde correctamente
de cada modelo atómico y los puntos 1 a 6 del ítem I y
las diferencias entre ellos.
el punto 1 del ítem III.
Responde correctamente
cuatro o cinco puntos
del total.
Responde menos de
cuatro puntos.
Aplica las relaciones del
modelo de Bohr.
Responde correctamente
los puntos 1 a 3 del ítem II
y el punto 2 del ítem III.
Responde correctamente
tres puntos del total.
Responde menos de
tres puntos.
Reconoce las implicancias
del principio de
incertidumbre.
Responde correctamente
los puntos 7 y 8 del ítem I y
el punto 4 del ítem II.
Responde dos de los
tres puntos.
Responde un solo punto o
ninguno.
Actividades diferenciadas:
Asigne algunas tareas específicas para cada uno de niveles de logro, como por ejemplo:
realizar glosarios de conceptos relevantes, desarrollar algunas de las actividades experimentales, resolver nuevamente la evaluación intermedia y los ejemplos resueltos, y/o
realizar ejercicios adicionales de profundización.
Capítulo I - El modelo atómico 61
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 62
Capítulo
I
El modelo atómico
Ampliación de contenidos para el docente
Comprobando los límites del principio de incertidumbre
Un nuevo dispositivo comprueba el principio de
incertidumbre de Heisenberg hasta un nivel sin
precedentes y marca una nueva frontera entre el mundo
cuántico y clásico.
En el mundo ultramicroscópico, los átomos, las
moléculas y las partículas subatómicas se comportan de
manera extraña bajo las leyes contraintuitivas de la
mecánica cuántica. No obedecen las leyes newtonianas
clásicas que controlan el mundo que vemos
directamente con los ojos o ni siquiera el de las células,
bacterias o partículas de polvo. En ese mundo, no se
puede conocer todo; es un mundo probabilístico y hay
raros efectos de acción a distancia. Incluso el acto de
medición, que colapsa la función de ondas, no se sabe
interpretar o se interpreta de múltiples maneras.
No sabemos qué fenómeno o proceso divide ambos
mundos o hasta dónde se puede empujar dicha frontera
desde el mundo cuántico hacia el nuestro (clásico y
macroscópico), pues la frontera no está clara, si es que
realmente existe. Saber a qué distancia acaba lo cuántico
y empieza lo clásico es una meta que siempre se ha
perseguido desde que se introdujo esta disciplina en la
física moderna.
Fuente: Revista Neofronteras, septiembre 27, 2006.
62 Unidad 2 - El mundo atómico
Keith Schwab, profesor de Física en la Universidad de
Cornell, y sus colaboradores han creado un dispositivo
que aproxima el límite mecánico cuántico hasta la mayor
escala conocida hasta hoy. Sorprendentemente, los
investigadores han mostrado, además, que se puede
disminuir la temperatura de un objeto con solo
observarlo. El dispositivo utilizado para este fin es un
resonador nanomecánico. Es muy pequeño bajo el
punto de vista humano, ya que mide 8700 nanometros
de largo por 200 nanometros de ancho.
Quizás algún día, mediante este dispositivo, podamos
maravillarnos de poder observar propiedades cuánticas a
un nivel considerado casi macroscópico. La verdadera
ciencia, la más bonita, siempre está en la frontera, más allá
del territorio familiar. La aventura es adentrarse en el
mundo desconocido.
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 63
Unidad 2 - El mundo atómico
Actividad complementaria
Notas:
Entre ciencia y charlatanería
Las explicaciones de Planck respecto a la radiación de cuerpo negro dan
comienzo a una de las tres grandes revoluciones dentro de la física del siglo
xx y marcan el comienzo de la mecánica cuántica.
Algunos documentales pseudocientíficos hacen un flaco favor a la
comprensión de los conceptos asociados a la mecánica cuántica, al
relacionarlos constantemente con lo esotérico y desconocido, lo que
obviamente cautiva a una audiencia que poco sabe del tema.
Como actividad se propone realizar una revisión crítica de uno de esos
pseudodocumentales (una posibilidad es ver What the bleep do we know!?
fuertemente criticada por la comunidad científica), a la luz de algunos
elementos entregados por el docente (radiación de cuerpo negro, efecto
fotoeléctrico, efecto Compton y dualidad onda-corpúsculo, entre otros).
Como producto, los estudiantes deberán entregar una crítica fundamentada
desde la física del documental en cuestión.
Bibliografía
•
Hewitt, Paul G. (2007). Capítulo 32. Física conceptual. México: Pearson Educación.
En este libro no se trabajan herramientas matemáticas complejas, sino que se exponen los conceptos a
través de muchos ejemplos y definiciones muy precisas.
•
Mengual, Juan Ignacio. (2007). Capítulo 16. Física al alcance de todos. Madrid: Pearson Educación.
Libro que aborda los distintos conceptos de la física, a través de una mirada centrada en ejemplos
cotidianos y en la rigurosidad conceptual.
•
Serway, Raymond. (2005). Capítulo 20. Física para Ciencias e Ingeniería. México: Thomson Editores.
Libro que provee herramientas matemáticas suficientes para profundizar de mejor manera en el
desarrollo de los conceptos.
Páginas webs sugeridas para el docente:
•
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/
modelos.htm. Contiene un resumen con los modelos atómicos.
•
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/movimiento/bohr/bohr.htm
Presenta una animación del modelo atómico de Bohr, con los niveles de energía de los estados estacionarios.
•
http://rabfis15.uco.es/Modelos%20At%C3%B3micos%20.NET/Modelos/MAtomicos.aspx
Contiene una serie de animaciones que muestran cada uno de los modelos atómicos, desde el de
Dalton hasta el modelo mecánico cuántico.
Capítulo I - El modelo atómico 63
64 Unidad 2 - El mundo atómico
• Fuerzas nucleares e
interacciones
fundamentales.
(4 horas)
• Núcleo atómico
como fuente de
energía.
(4 horas)
• Decaimiento
radiactivo.
(4 horas)
3. Comprender y
comunicar los
conceptos de radiactividad y vida media
de un núcleo atómico.
2. Reconocer las
principales
características de los
protones y neutrones.
1. Reconocer la
pequeñez de tamaño y
alta densidad de masa
del núcleo atómico.
• Dimensiones del
núcleo en relación
con el átomo.
(3 horas)
3.2 Reconoce los tipos de radiación y
sus efectos en los seres vivos.
3.1 Identifica el comportamiento
matemático del decaimiento
radiactivo de una sustancia.
2.2 Reconoce los cuarks que
conforman a los protones
y neutrones.
2.1 Señala las características del espín,
en partículas subatómicas.
1.2 Reconoce que la mayor parte de la
masa del átomo se encuentra en el
núcleo.
1.1 Reconoce la razón entre el tamaño
del núcleo y el tamaño del átomo.
Criterios
de evaluación
•
•
•
•
Infografías: 1.
Gráficos: 3.
Tablas: 2.
Lecturas de apoyo: 11.
Organizadores
gráficos: 2.
Sitios web: 3.
•
•
Esquemas: 2.
Ilustraciones: 18.
•
•
Fotografías: 16.
•
Recursos didácticos
Páginas 92-93.
• Evaluación
complementaria
del docente
Guía didáctica
• Evaluación
sumativa
Evaluación de
síntesis páginas
180-182.
Síntesis y
evaluación de
capítulo II:
páginas 174 y 175.
Evaluación
intermedia:
página 150.
• Evaluación
formativa
del estudiante
Texto
Evaluaciones
II
• Características de
los protones y
neutrones.
(3 horas)
Aprendizajes
esperados
Contenidos/tiempo
Planificación del capítulo II
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 64
Capítulo
El núcleo atómico
6. Comprende la
existencia de cuatro
fuerzas fundamentales
en la naturaleza y su
categorización según
magnitud.
5.1 Identificar y aplicar algunas
relaciones matemáticas simples,
que permitan comprobar la
conversión de masa y energía.
5. Reconoce la eficiencia
de la conversión de la
masa en energía en
reacciones nucleares.
6.1 Clasifica las fuerzas fundamentales
según su magnitud e intensidad.
5.3 Reconoce los potenciales peligros
asociados a la energía nuclear.
5.2 Identifica las aplicaciones de la
energía nuclear.
4.2 Reconoce las múltiples aplicaciones de los isótopos radiactivos
en medicina.
4.1 Reconoce el método de datación
por carbono-14.
4. Identifica algunos
isótopos de
importancia en
medicina y otros
ámbitos de aplicación
pacífica de la desintegración nuclear.
Materiales:
e. piezas de dominó
d. dados
c. pelota
b. pirinola
a. trompo
•
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 65
Unidad 2 - El mundo atómico
Capítulo II - El núcleo atómico 65
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 66
Capítulo
II
El núcleo atómico
Orientaciones metodológicas
Orientaciones generales del capítulo
Es conveniente abordar esta temática utilizando material histórico. Hay textos modernos de física que abordan los
temas aquí tratados, en los que se puede encontrar, además del contenido conceptual, ejemplos valiosos para la
clase y la evaluación posterior.
Es importante el proyecto de investigación bibliográfica, propuesto al final de la unidad, que debe ser realizado en
forma individual y, para que se logre un buen trabajo, los estudiantes deben tener suficiente tiempo para que
puedan reunir información de diversas fuentes, procesarla y finalmente expresarla en la presentación formal
del trabajo.
Sería conveniente asignar como tarea la realización de aquellas experiencias que no puedan completar en clase.
Pueden distribuirse por grupos o individualmente, según resulte más apropiado. Si bien en una última
instancia la evaluación es responsabilidad del docente, algunas de estas actividades pueden ser evaluadas por los
propios estudiantes.
Errores más frecuentes
En este capítulo se pueden advertir algunos preconceptos respecto de las dimensiones del átomo. A los estudiantes
les cuesta imaginar el tamaño del núcleo, cuyo radio es del orden de 10-13 cm, comparado con el tamaño del átomo
completo. Se sugiere trabajar el grado de abstracción de estas magnitudes estableciendo una relación a escala entre
el núcleo de un tipo de átomo representado por una esfera y el tamaño que tendría el átomo completo.
Asimismo, les puede resultar difícil comprender que a pesar de que el núcleo es eléctricamente positivo, los
electrones no decaen hacia él. Es importante resaltar la condición que introdujo Bohr de que un electrón que gira
en torno al núcleo no emite ni absorbe energía, a no ser que experimente una transición entre un nivel y otro.
Página 140
Objetivo: establecer una
analogía relacionada con el
tamaño del átomo.
Habilidad: comparar.
Actividad 1: Comparando las dimensiones del átomo
Sugerencias metodológicas
En el capítulo I, ya se han presentado algunas actividades en que los estudiantes
deben establecer ciertas analogías. En esta actividad, que consiste en doblar una
hoja de papel, los alumnos calculan el número de veces que deberían doblar la
hoja para que esta llegue a ser del tamaño de un átomo y la cantidad de veces
para que sea del tamaño del núcleo.
Resultados esperados
Los estudiantes determinan que para que la hoja sea del tamaño de un átomo,
esta se debe doblar aproximadamente 27 veces y, para que sea del tamaño del
núcleo atómico, aproximadamente 43 veces.
66 Unidad 2 - El mundo atómico
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 67
Unidad 2 - El mundo atómico
Página 141
Objetivo: establecer analogías
de la relación entre tamaño
nuclear y atómico.
Habilidades: aplicar y comparar.
Actividad 2: Distancias atómicas
Sugerencias metodológicas
Una manera de entender la proporción de los tamaños y distancias en el mundo
atómico es establecer equivalencias con elementos conocidos. Es así que el
docente puede proponer muchas analogías, por ejemplo: si el núcleo fuera del
tamaño del planeta Tierra, ¿a qué distancia en km estaría situado el electrón?
Otra implicancia de las relaciones entre las distancias al interior del átomo es el
enorme espacio vacío que existe al interior de la materia. El docente puede
proponer a los estudiantes calcular la cantidad de átomos que hay dentro de
1 cm3 (de hidrógeno, por ejemplo) y que determinen qué porcentaje de ese
espacio corresponde a materia y cuál a vacío.
Página 142
Objetivo: comprender la baja
probabilidad que existe de
impactar el núcleo de un
átomo si se bombardea con
alguna partícula.
Actividad 3: Colisiones al núcleo
Sugerencias metodológicas
La actividad es una analogía de lo que ocurre al querer impactar el núcleo de un
átomo. La probabilidad de dicho impacto es muy baja, por lo que el docente
debe explicar a los estudiantes que, para aumentar la cantidad de aciertos, el
número de partículas que se deben lanzar debe ser muy grande.
Habilidades: comparar y relacionar.
Página 143
Objetivo: establecer una
analogía que explique la
proporción en la distribución de
la masa al interior del átomo.
Actividad 4: Simulación del núcleo
Resultados esperados
a. Si el núcleo ocupa un área de 10 cm2 , el electrón del tamaño de un grano
de arroz debería estar a una distancia de 100 m.
b. La masa del núcleo del átomo de helio debería tener 7540 granos de arroz.
Habilidad: comparar y relacionar.
Paginas 144 y 145
Objetivo: asignar la característica
de rotación a las partículas
subatómicas.
Habilidades: representar.
Actividad 5: Giro de los cuerpos
Sugerencias metodológicas
Cuando se refiera al giro de partículas subatómicas, el docente debe poner
énfasis en que se trata solo de un analogía, que es útil para explicar el fenómeno,
pero no necesariamente representa lo que realmente ocurre puesto que dicho
fenómeno no es observable.
Capítulo II - El núcleo atómico 67
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 68
Capítulo
II
El núcleo atómico
Resultados esperados
El estudiante debe inferir que se pueden hacer predicciones sobre la posición
futura de un cuerpo que rota en el mundo macroscópico, pero las predicciones
sobre la rotación y posición de las partículas subatómicas están regidas por el
principio de incertidumbre.
Página 146
Objetivo: inferir, a partir de la
representación de los nucleones,
las características de la
interacción entre sus cuarks.
Habilidades: comparar y describir.
Página 147
Objetivo: ampliar el
conocimiento sobre los cuarks.
Habilidades: observar, inferir y
sintetizar.
Actividad 6: ¿Qué hay al interior de los nucleones?
Sugerencias metodológicas
La física de las partículas requiere de un alto nivel de abstracción; es importante
que el docente señale a sus estudiantes lo necesarias que resultan las
representaciones gráficas de fenómenos que no pueden ser observados. Es por
ello que en la actividad se proponen dos representaciones, la del neutrón y del
protón, con la conformación de sus respectivos cuarks.
Actividades 7 y 8: Características de los quarks/Física de partículas
Sugerencias metodológicas
Es importante que el docente motive a sus estudiantes a profundizar sobre
ciertas características de los cuarks. Para ello, ínstelos a que respondan las
preguntas propuestas asistiéndose de fuentes bibliográficas y/o Internet.
Resultados esperados
1. Combinando color y sabor, existen 18 tipos de cuarks.
2. La simetría es una asociación al álgebra, respecto de la forma en que se
combinan los cuarks.
3. Son las antipartículas de los cuarks.
Página 148
Objetivo: relacionar el número
de nucleones con el peso de
un átomo.
Habilidad: analizar.
68 Unidad 2 - El mundo atómico
Actividad 9: Comparando nucleones
Sugerencias metodológicas
Es importante que el docente se detenga en la tabla periódica para analizar,
desde el punto de vista físico, la simbología característica de cada elemento. El
docente debe propiciar que los estudiantes descubran la lógica que subyace
detrás de la organización de los elementos en la tabla periódica.
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 69
Unidad 2 - El mundo atómico
Resultados esperados
Algunas respuestas sugeridas a las preguntas planteadas en el ítem 2 de la
actividad son:
a. El número de neutrones es significativamente mayor al de protones en los
átomos pesados.
b. Por la acción de una fuerza de magnitud mayor a la eléctrica.
c. Los neutrones mantienen unido el núcleo del átomo.
Página 150
Evaluación intermedia
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para la evaluación de proceso de esta página, se propone la siguiente rúbrica:
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Reconoce las proporciones
y características del
núcleo atómico.
Responde las preguntas
1, 2, 4, 7 y 8 del ítem II.
Identifica las partículas
fundamentales.
Responde las preguntas 3, 5 Responde dos preguntas
y 6 del ítem II.
del ítem II.
Actividades diferenciadas:
Responde dos o
menos preguntas del
ítem II.
Responde solo
una pregunta o ninguna
del ítem II.
Según el nivel de logro obtenido por cada estudiante, asigne tareas específicas. Por
ejemplo: desarrollar nuevamente algunas de las actividades experimentales, resolver los
Ejemplos resueltos, y/o realizar ejercicios de profundización.
Página 151
Objetivo: analizar el gráfico del
proceso de decaimiento
radiactivo del estroncio-90.
Habilidad: analizar.
Responde tres preguntas
del ítem II.
Por lograr
Actividad 10: ¿Cómo se comporta un núcleo inestable?
Sugerencias metodológicas
El decaimiento de un material no puede ser observado de forma directa, ya que
es un proceso que tarda muchos años y en él se emiten radiaciones invisibles. Es
por esto que la actividad propone el análisis de un gráfico, en el que se
representa la curva de decaimiento de determinado material. El docente debe
motivar a los estudiantes a que investiguen qué tipo de curvas matemáticas
tienen un comportamiento similar a la que muestra el gráfico.
Resultados esperados
Los estudiantes deben proponer que el material radiactivo decae de forma
exponencial. Debido a esta tendencia funcional, el porcentaje de radiactividad
puede ser determinado para cualquier tiempo futuro, o si se conoce el
porcentaje de radiactividad, puede saberse la antigüedad de la muestra.
Capítulo II - El núcleo atómico 69
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 70
Capítulo
II
El núcleo atómico
Página 152
Objetivo: realizar una investigación bibliográfica sobre la
radiactividad.
Habilidad: seleccionar información.
Página 154
Objetivo: completar una tabla
con las características de cada
una de las radiaciones y luego
hacer un análisis comparativo
de ellas.
Actividad 11: Investigación histórica
Sugerencias metodológicas
Es importante que el profesor o profesora inste a sus estudiantes a realizar una
investigación bibliográfica referente a los principales hechos sobre el estudio de la
radiactividad. Pida a sus alumnos y alumnas que ordenen de manera cronológica
dichos acontecimientos. Una vez realizada la investigación, deben organizar y
comunicar la información a través de un trabajo escrito y/o presentación.
Actividad 12: Características de las radiaciones
Sugerencias metodológicas
El docente debe sugerir a sus estudiantes que para completar la tabla utilicen
fuentes confiables, como textos de consulta de uso habitual en física (Resnick,
Serway, Sears-Zemansky). Al buscar información en Internet, verificar las fuentes
citadas en las direcciones.
Habilidades: seleccionar información.
Página 156
Objetivo: establecer una analogía
para comprender la desintegración
radiactiva.
Habilidades: asociar e interpretar.
Página 159
Objetivo: investigar sobre
los peligros de la exposición
radiactiva.
Habilidades: ordenar y sintetizar.
Actividad 13: Simulación numérica de una desintegración
Sugerencias metodológicas
Uno de los puntos que el docente debe destacar en esta actividad es aquel
referido a la componente probabilística en el proceso de decaimiento radiactivo.
De no disponer de dados para dicha actividad, el docente puede sugerir que se
remplacen por monedas.
Actividad 14: Peligros de la radiación
Sugerencias metodológicas
El profesor debe motivar a los estudiantes a discutir e investigar los peligros
asociados a la exposición de los seres vivos a las radiaciones. Existen muchas
radiaciones, como las ultravioleta y los rayos x, cuya exposición prolongada
causa daños irreparables.
Resultados esperados
Los estudiantes señalan que los efectos de las radiaciones sobre los seres
vivos son acumulativos. Los efectos más dañinos son los ocasionados por
radiaciones ionizantes.
La radiación en el SI es medida en Gy, y representa la cantidad de energía
radiante absorbida por un kilógramo de masa. Para determinar el riesgo de la
radiación se mide la eficacia biológica relativa de la radiación y cuya unidad es el
rem, en el SI es el Sv.
70 Unidad 2 - El mundo atómico
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 71
Unidad 2 - El mundo atómico
Actividad complementaria
Notas:
Página 162
Objetivo: identificar y analizar el
proceso de emisión radiactiva.
Habilidades: sintetizar y analizar.
Otro tema interesante de investigar es el posible papel benéfico de las
radiaciones; por ejemplo, se piensa que las radiaciones de alta energía,
provenientes del espacio, han jugado un papel fundamental en producir
variabilidad genética, ya que ellas producen pequeños cambios en el ADN
de los seres vivos. Esta variabilidad es clave en el proceso de selección
natural de las especies.
Actividad 15: Decaimientos radiactivos
Sugerencias metodológicas
En la actividad que se propone, se trabajan claramente tres habilidades:
sintetizar (punto 1), identificar (punto 2) y analizar (punto 3). El punto tres es el
más importante de la actividad, ya que las expresiones que representan
decaimientos son analizadas desde el punto de vista de los principios de conservación de la energía y de conservación de la carga.
Resultados esperados
Respecto del punto 2: la primera emisión es beta y los elementos involucrados
son carbono-14 y nitrógeno-14. La segunda emisión es beta + y los elementos
involucrados son nitrógeno-12 y carbono-12. La tercera emisión es gamma y el
elemento involucrado es uranio-238.
Página 163
Objetivo: determinar desde qué
proporción entre los neutrones y
protones un núcleo es inestable.
Habilidades: analizar e inferir.
Investigación científica: Estabilidad de núcleos atómicos
Sugerencias metodológicas
En la investigación se propone el análisis de un gráfico que muestra el comportamiento en términos de la desintegración de ciertos núcleos atómicos.
Como el gráfico no es de fácil lectura, se recomienda que el docente apoye su
análisis, guiando a los estudiantes con preguntas o entregando algunas pistas
que los ayuden a descifrarlo.
Resultados esperados
a. La tendencia de estabilidad del núcleo para átomos de masa pequeña.
b. Para átomos de masa pequeña; aquellos cercanos a la recta Z = N, y para
átomos más pesados, su estabilidad depende de que los núcleos presenten
una mayor cantidad de neutrones que de protones.
c. A partir de Z =40.
d. El número de neutrones es mayor al de los protones.
e. A partir de Z = 83.
Capítulo II - El núcleo atómico 71
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 72
Capítulo
II
El núcleo atómico
Página 167
Investigación científica: Simulación de una reacción en cadena
Objetivo: representar mediante
un modelo el proceso de
reacción en cadena.
Habilidades: establecer modelos,
comparar e inferir.
Sugerencias metodológicas
Es importante señalar a los estudiantes que, como toda analogía, la actividad
propuesta permite modelar ciertos aspectos de una reacción en cadena, pero
deja sin representación o sobresimplifica otros. En este caso, las piezas de
dominó representan los átomos de elementos inestables que son impactados
por fragmentos de otros átomos inestables. En la simulación, dichos fragmentos
también son piezas de dominó.
Cada pieza tiene asociada una energía potencial gravitatoria que es liberada al
ser impactada por otra pieza, esta situación es análoga a la liberación de energía
desde el núcleo de un átomo inestable cuando es impactado, por ejemplo, por
un neutrón como ocurre en una central nuclear de fisión.
Luego de analizar el contenido asociado a las reacciones en cadena, el docente debe
retomar la simulación de manera que sean los propios estudiantes los que
establezcan las semejanzas y diferencias con un proceso nuclear como el trabajado.
Página 173
Actividad 14: Interacciones
Sugerencias metodológicas
Objetivo: comparar las
interacciones fundamentales
de la naturaleza.
Habilidades: comparar y analizar.
Página 175
La gran finalidad de la física es explicar el universo con una sola gran teoría (la
teoría unificada de campos); para ello, la descripción de las interacciones es clave.
Como esta es la actividad final del texto, se presentan los resultados de siglos de
estudios y los nuevos desafíos que tiene hoy la física. Es importante que el docente
destaque estos aspectos y proponga a sus estudiantes que investiguen cuáles son
los desafíos más impactantes de esta disciplina.
Síntesis y evaluación del capítulo II
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para la evaluación de proceso, se propone la siguiente rúbrica:
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Relaciona y sintetiza los
conceptos asociados al
núcleo atómico.
Completa el mapa
conceptual.
Completa parcialmente el
mapa conceptual.
Completa de forma errónea
o no completa el mapa
conceptual.
Reconoce las características
de las emisiones radiactivas.
Responde correctamente
los puntos 1 a 3 del ítem I.
Responde dos de los
puntos del ítem I.
Responde solo un punto
del ítem II.
Identifica los principios de
conservación de la energía
y la carga en el proceso de
decaimiento.
Responde correctamente el
punto 2 del ítem II
Responde parcialmente el
punto 2 del ítem II.
No responde el punto 2 o
lo hace erróneamente.
72 Unidad 2 - El mundo atómico
Por lograr
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 73
Unidad 2 - El mundo atómico
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Aplica la curva de
decaimiento de
ciertos isótopos.
Responde correctamente el
punto 1 del ítem II y los tres
puntos del ítem III.
Señala las diferencias entre
reacción en las distintas
reacciones.
Señala al menos dos
Señala solo una diferencia.
diferencias en la pregunta 4
del ítem I.
No señala diferencias.
Reconoce las interacciones
fundamentales.
Responde correctamente la Señala la fuerza eléctrica.
pregunta 5 del ítem I.
Señala las fuerzas
nucleares.
Páginas 180-182
Responde correctamente
tres de los cuatro puntos.
Por lograr
Responde dos o
menos puntos.
Evaluación de síntesis
Resultados esperados
Las respuestas correctas para los ítems de evaluación aparecen en el
solucionarlo al final de esta guía.
Para la evaluación final, se propone la siguiente rúbrica:
Indicadores de logro
Logrado
Medianamente logrado
Por lograr
Reconoce las características de los
distintos modelos atómicos.
Comprendo: ítems 1
y 2.
Aplico: 1.
Responde correctamente
dos de los tres ítems.
Responde un ítem
o ninguno.
Aplica la descripción del modelo
atómico de Bohr.
Comprendo: ítem 3.
Analizo: ítem 1.
Aplico: ítems 2 y 3.
Responde tres de los
cuatro ítems.
Responde dos o
menos ítems.
Aplica el principio de incertidumbre en
la resolución de problemas propuestos.
Aplico: ítems 4 y 5.
Responde uno de los ítems.
No responde
ningún ítem.
Reconoce y aplica los conceptos de
radiactividad y vida media.
Comprendo: ítem 5. Responde correctamente
Analizo: ítem 3.
tres de los cuatro ítems.
Aplico: ítems 5, 6 y 7.
Responde dos o
menos ítems.
Asocia la energía liberada por el núcleo
atómico con las fuerzas que actúan a
esa escala.
Comprendo: ítem 4.
Analizo: ítem 2.
Aplico: ítem 8.
Responde un ítem
o ninguno.
Actividades diferenciadas:
Responde correctamente
dos de los tres ítems.
Sugiera las siguientes actividades, para cada nivel de logro obtenido por sus estudiantes:
Logrado. Investigar los principales postulados de la mecánica cuántica.
Medianamente logrado. Solicite la realización de un glosario con los conceptos relevantes
del capítulo II.
Por lograr. Leer nuevamente las páginas (140-173), elaborar un glosario de término relevantes, desarrollar los del Ejemplo resueltos y las evaluaciones intermedias del capítulo.
Capítulo II - El núcleo atómico 73
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 74
Capítulo
II
El núcleo atómico
Página 183
Ética y valores en ciencia
Respecto de la Investigación
bibliográfica, es importante que
promueva entre sus estudiantes
la rigurosidad al momento de
citar las distintas fuentes
consultadas. Explique que al
utilizar como fuente de
información el trabajo de distintos
autores, se está haciendo uso de
un material sobre el que existe
propiedad intelectual.
Proyecto de investigación bibliográfica
Sugerencias metódologicas
Para evaluar el proyecto, se propone la siguiente pauta de cotejo:
Criterio
Puntaje de
1-10
Puntualidad en la entrega del informe.
Apreciación de la importancia del conocimiento científico.
Profundización del tema.
Calidad de las fuentes bibliográficas.
Nivel de cobertura de los ítems.
Claridad con que se exponen las conclusiones.
Capacidad de análisis y proyección acerca del tema.
Presentación general del trabajo.
Ampliación de contenidos para el docente
Interacción gravitacional: el bosón no descubierto
Es importante que el docente explique a los
estudiantes que, a diferencia de las interacciones
nucleares y eléctricas, la gravitacional no está
totalmente descrita en términos de la partícula
(gravitón) responsable de ella.
El detector de ondas gravitacionales GEO 600, un
proyecto científico de Alemania y el Reino Unido,
acaba de entrar en una fase de observación y medida
continuas que durará 18 meses. Su misión es detectar
de manera directa lo que nunca antes ha sido
detectado: las ondas gravitacionales, un fenómeno
todavía no observado y que fue predicho por la teoría
general de la relatividad de Einstein.
Las ondas gravitacionales podrían conducir a una
nueva era en el desarrollo de la astrofísica, ya que
permitirían estudiar aspectos del universo. Basada en
el empleo de la luz visible y de otras frecuencias
electromagnéticas, ofrece solo una información
parcial. Las ondas gravitacionales son muy débiles. Las
más fuertes que se podrían observar en la Tierra serían
generadas por acontecimientos muy distantes y
antiguos, como la colisión de dos estrellas de
neutrones o la colisión de dos agujeros negros súper
masivos, en los cuales una gran cantidad de energía se
movió muy violentamente.
Hasta el momento, no ha sido posible confirmar
directamente la existencia de la radiación gravitacional y, mucho menos, estudiar sus propiedades.
Actualmente, existen diferentes proyectos de
observación de ondas gravitacionales, como LIGO
(Estados Unidos), TAMA 300 (Japón), GEO 600
(Alemania y Reino Unido) o VIRGO (Francia e Italia). Los
más pesimistas consideran que la detección real de
ondas gravitacionales solo podrá ser realizada desde el
espacio. Una misión espacial, denominada LISA, se
encuentra en fase de estudio para constituir el primer
observatorio espacial de ondas gravitacionales y
podría estar operativo alrededor de 2011.
Fuente: http://spaceplace.nasa.gov/sp/kids/lisa_fact2.shtm. (Adaptación).
74 Unidad 2 - El mundo atómico
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 75
Unidad 2 - El mundo atómico
Bibliografía
•
Hewitt, Paul G. (2007). Capítulos 33 y 34. Física conceptual. México: Pearson Educación.
En este libro no se trabajan herramientas matemáticas complejas, sino que se exponen los
conceptos a través de muchos ejemplos y definiciones muy precisas.
•
Mengual, Juan Ignacio. (2007). Capítulo 16. Física al alcance de todos. Madrid: Pearson Educación.
Libro que aborda los distintos conceptos de la física, a través de una mirada centrada en ejemplos
cotidianos y en la rigurosidad conceptual.
•
Serway, Raymond. (2005). Capítulos 22, 23 y 24. Física para Ciencias e Ingeniería.
México: Thomson Editores.
Libro que provee herramientas matemáticas suficientes para profundizar de mejor manera en el
desarrollo de los conceptos.
Páginas webs sugeridas para el docente:
•
www.cchen.cl/index.php?option=com_content&task=section&id=17&Itemid=85
Contiene algunas de las aplicaciones de la energía nuclear en Chile.
•
www.portalplanetasedna.com.ar/bomba_nuclear.htm
Presenta información sobre las consecuencias y efectos de una bomba de fisión.
•
www.muyinteresante.es/lhc/cronica.html
Contiene un artículo sobre el acelerador de hadrones LHC.
Capítulo II - El núcleo atómico 75
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 76
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 1
Evaluación complementaria 1 (Unidad 1-capítulo I)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. Indicar los métodos de electrización que dejan ambos cuerpos con cargas de distinto signo.
2. La esfera sin carga neta de un péndulo eléctrico se acerca a una barra con carga positiva.
Lo que sucede es que:
A. no hay atracción porque la esfera es neutra.
B. se atraen, porque desaparecen algunas cargas positivas de la esfera.
C. se atraen, porque aparecen cargas negativas en la esfera.
D. se atraen, porque cargas negativas de la esfera se acercan al lado en que está la barra con carga positiva.
E. se repelen, porque cargas negativas de la esfera se alejan del lado en que está la barra con carga positiva.
3. Las fuerzas de interacción eléctrica que ejercen entre sí dos cargas puntuales son de igual módulo,
tienen la misma dirección y sentido. Esta afirmación es verdadera:
A. solo si las cargas tienen igual signo.
B. solo si las cargas tienen distinto signo.
C. solo si las magnitudes de las cargas son iguales.
D. solo si la distancia de separación entre las cargas es muy grande.
E. nunca.
4. Se tienen dos cargas positivas, Q1 de 2 μC y Q2 de 1μC, separadas a una distancia de 10 cm en
el vacío.
a. Calcula la fuerza que actúa entre las cargas.
b. Explica qué ocurre si se duplica la distancia entre las cargas.
c. ¿Qué fuerza es mayor, la que actúa sobre Q1 o la que actúa sobre Q2?
5. Calcular la intensidad de campo eléctrico a una distancia de 1 m de una carga de 10 C.
6. Dibujar las líneas de campo eléctrico
entre las placas paralelas cargadas de la figura.
+Q
76 Física 4º medio
-Q
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 77
Evaluaciones complementarias unidad 1
7. Hallar la carga sobre cada placa de un condensador de 0,05 μF, sabiendo que la diferencia de
potencial entre sus terminales es de 200 volts. 1 μF = 10-6 farad.
A. 10-5 C
B. 10-6 C
C. 4 · 10-3 C
D. 107 C
E. 4 · 107 C
8. La capacidad de un condensador plano y de placas paralelas depende de:
A. el área de las placas.
B. la constante del dieléctrico.
C. la distancia entre las placas.
D. de A y B.
E. de A, B y C.
9. Una partícula alfa (q = 2e) penetra a 200 000 m/s en un campo de intensidad 2 · 107 N/C, desviándose
1 cm hacia el cátodo, en un recorrido de 20 cm. Calcula la fuerza deflectora que aplica el campo a la
partícula alfa.
α
20 cm
1 cm
10.Una partícula con carga positiva se mueve inicialmente en una trayectoria rectilínea, con velocidad
“v” (perpendicular a las líneas del campo) en presencia de un campo magnético uniforme, de gran
intensidad y que entra a la página. La partícula experimenta un movimiento de tipo:
A. rectilíneo.
B. uniforme acelerado.
C. circular.
D. uniforme retardado.
E. parabólico.
Física 4º medio 77
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 78
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 1
Evaluación complementaria 2 (Unidad 1-capítulo II)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. Una corriente que circula por un alambre recto y largo produce un campo magnético.
¿Cómo son las líneas de campo magnético en este caso?
2. Un alambre de 4,5 m de longitud conduce una corriente de 12, 5 A en sentido norte.
Si la fuerza magnética sobre el alambre debido a un campo magnético uniforme es de 60 N hacia el
centro de la Tierra, ¿cuál es la magnitud, dirección y sentido del campo magnético?
3. Dos alambres rectos y paralelos que conducen corriente eléctrica en el mismo sentido ejercen sobre
el otro una fuerza magnética. Esta fuerza, ¿es de atracción o repulsión?
4. Dos alambres paralelos distan 12 cm entre sí y conducen corriente de igual intensidad.
Si la intensidad del campo magnético en el punto medio entre ambos conductores es 3,14 · 10-4 T:
a. ¿Qué intensidad de corriente circula en cada conductor?
b. ¿Las corrientes circulan en sentido opuesto o igual?
5. Respecto de las líneas de campo eléctrico entre dos cargas es falso que:
A. ellas se curvan.
B. van de la carga positiva a la negativa.
C. ellas se intersecan.
D. la cantidad de líneas depende de la magnitud de las cargas.
E. el vector campo eléctrico es tangente a ellas.
6. Respecto de las líneas de campo eléctrico de una carga puntual es verdadero que:
A. ellas se intersecan.
B. que ellas son radiales a la carga.
C. que la cantidad de líneas no depende de la magnitud de la carga.
D. que están dirigidas hacia la carga cuando esta es positiva.
E. que salen de la carga cuando esta es negativa.
78 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 79
Evaluaciones complementarias unidad 1
Solucionario
Evaluación complementaria 1
1. Electrización por frotación e inducción.
2. D
3. E
4. a. 1,8 N.
b. Disminuye a la cuarta parte.
c. Son iguales.
5. 9 · 1010 N/C
6.
Evaluación complementaria 2
1. Circunferencias concéntricas alrededor del alambre.
2. 1,07 T, hacia el este.
3. Atracción.
4. a. i = 47,1 A.
b. En sentido opuesto.
5. C
6. B
7. A
8. E
9. F = 6,4 · 10-12 N
10. C
Rúbrica para la evaluación complementaria 1
Indicador de logro
Reconoce las formas de
electrización de un cuerpo.
Logrado
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Responde los ítems 1 y 2.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Reconoce las características Responde los ítems 3 y 4.
de la fuerza electrostática.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Aplica la relación que
representa la intensidad de
campo eléctrico y campo
magnético.
Responde los ítems 5 y 6.
Responde uno de los ítems. No responde ningún ítem.
Reconoce los fenómenos
eléctricos presentes en los
condensadores.
Responde los ítems 7 y 8.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Identifica los tipos de
movimientos de cargas
relativas a los campos
eléctrico y magnético.
Responde los ítems 9 y 10.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Física 4º medio 79
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 80
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 1
Evaluación 3 (Unidad 1-capítulo II)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. Un voltímetro está conectado a los terminales de un condensador en un circuito RC (el condensador
se encuentra descargado). Al momento de conectar la fuente, se puede observar en el voltímetro que
el voltaje:
A. diminuye.
B. permanece constante.
C. es igual a cero.
D. aumenta hasta cierto límite.
E. aumenta indefinidamente.
2. Si la constante de tiempo (τ) de un circuito RC es muy alta, esto implica que:
A. la carga máxima del condensador se alcanza con mucha rapidez.
B. la carga máxima del condensador se alcanza muy lentamente.
C. el condensador se carga solo el 63 % de su capacidad.
D. el condensador no admite carga.
E. el condensador se carga solo el 37 % de su capacidad.
3. Indica en cada figura la dirección de la corriente inducida en la espira cuando el imán cae hacia la
espira o se aleja de ella.
a
b
S
Movimiento
N
c
N
S
Movimiento
S
Movimiento
N
4. Una espira conductora rectangular de lados 13 y 7 cm está colocada perpendicular a un campo
magnético uniforme. El campo magnético incrementa su intensidad desde 1,2 · 10-2 a 9,5 · 10-2 T en
50 centésimas de segundo. Calcula la fem inducida.
80 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 81
Evaluaciones complementarias unidad 1
5. ¿Qué transforma un transformador?
A. Potencia.
B. Energía.
C. Voltaje.
D. Carga eléctrica.
E. Ninguna.
6. Un transformador tiene 300 espiras en el primario y 1200 espiras en el secundario. Si el voltaje de
entrada es de 10 V, ¿cuál es el voltaje de salida?
7. ¿De qué factores depende la energía almacenada en una bobina?
8. Si por una bobina de 4,5 · 10-3 H de inductancia, circula una corriente de 10 A, ¿qué energía se
almacena en la bobina?
9. La energía electromagnética total en un circuito LC tiende a:
A. permanecer constante.
B. disminuir.
C. aumentar.
D. oscilar.
E. entrar en resonancia.
10. Un equivalente mecánico que representa de la energía en un circuito LC es:
A. la caída libre de un cuerpo.
B. un resorte que oscila dentro de un fluido viscoso.
C. un cuerpo rodando sobre un superficie.
D. un péndulo (despreciando el roce con el aire).
E. un lanzamiento vertical.
Física 4º medio 81
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 82
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 1
Evaluación complementaria 2 (Unidad 1-capítulo II)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
Proyecto de investigación: funcionamiento de un dínamo
Situación problema: Claudia conoce varias fuentes de energía eléctrica como la pila, la batería, el dínamo y
la celda fotoeléctrica. De estos dispositivos llama su atención el dínamo, ya que no entiende su
funcionamiento y le gustaría saber cuáles son los procesos físicos presentes en él.
1. Objetivo:
El objetivo de tu proyecto es explicar el funcionamiento de un dínamo y obtener cualitativamente la relación
entre el valor de la fem inducida, el número de espiras de la bobina y la velocidad de giro de la bobina.
2. Planificación
Siempre es bueno utilizar un método para resolver un problema. Una manera de ordenar tu trabajo es
planteándote pequeñas metas, tales como:
• Indicar cuál o cuáles de las variables ( fem inducida, número de espiras de la bobina, velocidad de giro
de la bobina) corresponden a la variable dependiente y a la variable independiente.
• Indicar otras magnitudes físicas que puedan influir y que debes controlar para que sean constantes
durante la investigación.
• Formular una hipótesis o respuesta anticipada a la pregunta por investigar, fundamentando el porqué.
• Diseñar el experimento.
• Hacer una lista de materiales que necesitas.
También puedes contestar las preguntas:
• ¿Cuáles son las partes de un dínamo y que función cumple cada una?
• ¿Cuántas bobinas estudiarás?
• ¿Cómo estudiarás la influencia de la velocidad de giro de la bobina en la fem que se induce?
• ¿Cómo estudiarás la influencia del número de espiras de la bobina en la fem que se induce?
• ¿Cómo medirás la fem inducida?
• ¿Cuántos datos tomarás en cada caso?
• ¿Dónde y cómo registrarás la información?
• ¿Cómo evaluarás la información experimental obtenida para encontrar la relación entre las variables
estudiadas?
3. Ejecución
Una vez planificado el trabajo, realiza la investigación, teniendo especial cuidado en los medios de
información que utilizarás, al igual que en otros factores que puedan incidir.
4. Evaluación y análisis
Una vez obtenida y debidamente registrada la información, analízala y evalúala. Describe tus ideas
respecto a los factores que influyen en el funcionamiento de un dínamo. Escribe un informe explicando
científicamente tus resultados.
82 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 83
Evaluaciones complementarias unidad 1
Solucionario
Evaluación complementaria 3
1. D
2. B
3. Mirado desde arriba el sentido es:
A. Antihorario
B. Horario
C. Horario.
-3
4. -1,51 · 10 V
5. C
6. 40 V
7. Inductancia y corriente.
8. 0,225 J
9. A
10. D
Rúbrica para la evaluación complementaria 3
Indicador de logro
Logrado
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Explica el proceso de carga
y descarga de un
condensador.
Responde los ítems 1 y 2.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Describe y aplica la ley de
Faraday.
Responde los ítems 3 y 4.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Describe el funcionamiento Responde los ítems 5 y 6.
de los transformadores
eléctricos.
Responde uno de los ítems. No responde ningún ítem.
Reconoce los factores
asociados a la energía en
una bobina.
Responde los ítems 7 y 8.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Describe en términos de la
energía electromagnética
un circuito LC.
Responde los ítems 9 y 10.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Física 4º medio 83
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 84
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 1
Evaluación complementaria 4 (Unidad 1-capítulo III)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. Son cargas aceleradas:
I. las que circulan en una corriente continua
II. las que circulan en una corriente alterna
III. los electrones que orbitan el núcleo del átomo
IV. las que oscilan
Es o son correctas:
A. Solo II
B. Solo I y II
C. Solo III y IV
D. Solo II y IV
E. Solo II, III y IV
2. Las fuentes generadoras de las ondas electromagnéticas corresponden a:
A. cargas en reposo.
B. dipolos eléctricos en reposo.
C. cargas oscilantes o aceleradas.
D. dipolos magnéticos en reposo.
E. cargas con velocidad constante.
3. Durante la propagación de las ondas electromagnéticas, los campos eléctrico y magnético oscilan de
tal forma que son:
A. perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.
B. paralelos entre sí y a la dirección de propagación.
C. paralelos entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación.
D. perpendiculares entre sí y paralelos a la dirección de propagación.
E. paralelos y opuestos.
4. En cierto punto y tiempo, el campo eléctrico de una onda electromagnética apunta hacia el norte
(considera el norte, al borde superior de la página) cuando el campo magnético lo hace hacia arriba
(sale de la página). ¿En que dirección se desplaza la onda electromagnética?
A. Oeste.
B. Sur.
C. Este.
D. Hacia abajo.
E. Hacia arriba.
84 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 85
Evaluaciones complementarias unidad 1
Evaluación complementaria 5 (Unidad 1-capítulo III)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
1. ¿Cuál o cuáles de los siguientes enunciados
corresponden a las predicciones de la teoría
electromagnética de Maxwell?
I. Las ondas electromagnéticas se generan por
cargas aceleradas.
II. Las ondas electromagnéticas se propagan a la
velocidad de la luz.
III. Las ondas electromagnéticas
son longitudinales.
Corresponde(n):
A. Solo I
B. Solo II
/
/
4. ¿Cuál de las siguientes aseveraciones respecto
del espectro electromagnético es verdadera?
A. las ondas de radio tienen mayor frecuencia que
las UV.
B. el infrarrojo tiene mayor frecuencia que los
rayos x.
C. la luz visible tiene mayor frecuencia que los
rayos gamma.
D. las microondas tienen menor longitud de
onda que las ondas de radio.
E. la luz visible tiene menor longitud de onda que
los rayos x.
C. Solo III
D. Solo I y III
E. Solo I y II
2. ¿Cuál de las siguientes características de las
ondas electromagnéticas es incorrecta?
5. Las siguientes ondas se encuentran ordenadas
de mayor a menor energía:
A. luz visible, rayos x, rayos gamma.
B. microondas, infrarrojo, rayos x.
C. ultravioleta, infrarrojo, rayos gamma.
A. Son ondas transversales.
D. rayos x, ultravioleta, rayos gamma.
B. Transportan energía.
E. luz visible, infrarrojo, ondas de radio.
C. No viajan en el vacío.
D. Son sinusoidales.
E. Se propagan a la velocidad de la luz.
3. Una pantalla solar es un producto en crema que
se esparce sobre la piel para protegerla
principalmente de la radiación:
A. visible.
B. rayos x.
C. rayos gamma.
D. ultravioleta.
E. microonda.
Física 4º medio 85
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 86
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 1
Evaluación complementaria 6 (Unidad 1-capítulo III)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. Una radioemisora transmite con una longitud de onda de 15 m. ¿En qué frecuencia transmite
dicha radioemisora?
2. ¿Por qué al orientar la antena de una radio en ciertas direcciones esta no suena?
3. Las ondas radiales que pueden salir al espacio son:
A. ondas directas.
B. ondas transversales.
C. ondas longitudinales.
D. ondas cortas.
E. ondas largas.
4. ¿Cuál es la onda radial que alcanza distancias máximas de 1000 km?
A. Ondas directas.
B. Ondas transversales.
C. Ondas longitudinales.
D. Ondas cortas.
A. Ondas largas.
5. Al sintonizar una radio, el dial indica una frecuencia de 40 MHz. ¿Cuál es la longitud de onda asociada
a dicha frecuencia?
6. Los métodos básicos para modular una onda de radio son:
I. modulación de la energía.
II. modulación de la amplitud.
III. modulación de la longitud.
IV. modulación de frecuencia.
A. Solo I
B. Solo I y II
C. Solo II y IV
D. Solo II y III
E. Solo I y IV
86 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 87
Evaluaciones complementarias unidad 1
Solucionario
Evaluación
complementaria 4
1. E
2. C
3. A
4. C
Evaluación
complementaria 5
1. E
2. C
3. D
4. D
5. E
Evaluación complementaria 6
1. 20 MHz
2. Debido a que la longitud de la antena debe entrar en resonancia con la señal.
3. E
4. A
5. 7,5 m
6. C
Rúbrica para la evaluación complementaria 4
Indicador de logro
Reconoce que toda carga
acelerada emite una onda
electromagnética.
Logrado
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Responde los ítems 1 y 2.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Explica la propagación de
Responde los ítems 3 y 4.
la ondas electromagnéticas
como inducciones
sucesivas de campos
eléctricos y magnéticos.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Rúbrica para la evaluación complementaria 5
Indicador de logro
Logrado
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Señala las características
de las ondas
electromagnéticas.
Responde los ítems 1, 2 y 3.
Responde dos ítems.
Responde solo un ítem.
Clasifica y ordena las ondas
electromagnéticas.
Responde los ítems 4 y 5.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Rúbrica para la evaluación complementaria 6
Indicador de logro
Describe el proceso de
transmisión de ondas
de radio.
Logrado
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Responde los ítems 1, 3 y 4.
Responde dos ítems.
Responde solo un ítem.
Describe el proceso de
Responde los ítems 2, 5 y 6.
recepción de ondas de radio.
Responde dos ítems.
Responde solo un ítem.
Física 4º medio 87
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 88
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 2
Evaluación complementaria 7 (Unidad 2-capítulo I)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. Ordenados históricamente, los aportes a la concepción del átomo fueron hechos por:
A. Demócrito, Dalton, Thomson, Bohr, Rutherford.
B. Demócrito, Thomson, Dalton, Rutherford, Bohr.
C. Dalton, Demócrito, Thomson, Rutherford, Bohr.
D. Demócrito, Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr.
E. Demócrito, Dalton, Bohr, Thomson, Rutherford.
2. ¿Por qué el modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado?
A. Porque los electrones acelerados que orbitan el núcleo radiarían energía haciendo imposible la
estabilidad del átomo.
B. Porque los átomos nunca podían ser eléctricamente neutros.
C. Debido a lo pequeño del núcleo atómico.
D. Porque cuando se descubrió el neutrón, el modelo nunca pudo explicar su función.
E. Debido a que el modelo describía solo átomos livianos.
3. ¿Cuál de los siguientes hechos constituye un éxito del modelo atómico de Bohr?
A. Explicar la radiactividad.
B. Explicar el efecto Doppler en la luz.
C. Explicar las líneas espectrales del hidrógeno.
D. Predecir la existencia del positrón.
E. Predecir la existencia de los cuarks.
4. Anota una V si es verdadero y un F si es falso. En el caso de las falsas reescríbelas para hacerlas verdaderas.
___ En el modelo de Bohr, las órbitas descritas por los electrones son elípticas.
___ El núcleo atómico fue descubierto por Rutherford.
___ La serie de Balmer pertenece al espectro visible.
___ El concepto de átomo proviene de la Grecia antigua.
88 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 89
Evaluaciones complementarias unidad 2
Evaluación complementaria 8 (Unidad 2-capítulo I)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. ¿Cuál será la longitud de onda de la radiación emitida si en el átomo de hidrógeno se produce un
salto del electrón desde la tercera a la segunda órbita?
2. Sin hacer cálculos detallados, indique cuál de las siguientes transiciones electrónicas requiere de que
un átomo de hidrógeno absorba mayor cantidad de energía, desde:
A. n = 1 a n = 2.
B. n = 2 a n = 4.
C. n = 3 a n = 9.
D. n = 10 a n =1.
E. n = 1 a n = 4.
3. En la teoría de Bohr, ¿a cuál de las siguientes emisiones le corresponde el mayor valor de la energía?
A. Paso de n = 2 a n = 3.
B. Paso de n = 3 a n = 2.
C. Paso de n = 4 a n = 2.
D. Paso de n = 5 a n = 4.
E. Paso de n = 1 a n = 2.
4. ¿Qué variación energética tiene lugar si en el átomo de hidrógeno tiene lugar una transición desde
n = 3 a n = 2?
5. ¿Cuál de las órbitas de Bohr que se citan a continuación tiene la menor energía?
A. n = 1
B. n = 2
C. n = 3
D. n = 4
E. n = 5
Física 4º medio 89
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 90
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 2
Evaluación complementaria 9 (Unidad 2-capítulo I)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. Una regla tiene una sensibilidad de 0,1 cm. ¿Cuál es su incerteza?
2. Un termómetro tiene una sensibilidad de 0,1 ºC. Si este indica una temperatura de 25,0 ºC,
¿expresa dicha medida con la incerteza asociada?
3. El principio de incertidumbre de Heisenberg establece lo siguiente:
A. es imposible medir simultáneamente, y con precisión absoluta, el valor de la posición y la cantidad de
movimiento de una partícula.
B. es imposible medir con precisión absoluta el valor de la posición de una partícula.
C. es imposible medir con precisión absoluta la cantidad de movimiento de una partícula.
D. es imposible medir simultáneamente, y con precisión absoluta, el valor de la velocidad y la masa de
una partícula.
E. es imposible medir simultáneamente, y con precisión absoluta, el valor de la aceleración y la cantidad
de movimiento de una partícula.
4. ¿Cuál es la incertidumbre en la velocidad de un haz de electrones, cuya posición se conoce con una
imprecisión de 50 pm? (Masa del electrón = 9,11 · 10-31Kg).
5. Se acelera un protón hasta una velocidad que es la décima parte de la velocidad de la luz. Si esta
velocidad puede medirse con una precisión del 1,3 %, ¿cuál es la incertidumbre en la posición de este
protón? (masa del protón = 1,673 · 10-27Kg).
6. ¿Cuál es la incertidumbre asociada a un auto de una tonelada de masa?
7. ¿Cuál es la incertidumbre asociada a un electrón?
90 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 91
Evaluaciones complementarias unidad 2
Solucionario
Evaluación complementaria 7
1. D
2. A
3. C
4. F, V, V, V
Evaluación complementaria 8
1. 6,54 · 10-7 m
2. E
3. C
4. 1,88 eV
5. A
Evaluación complementaria 9
1. 0,05 cm
2. 25,0 ± 0,1 ºC
3. A
4. 1,15 · 106 m/s
5. 8,08 · 10-14 m
6. 5,3 · 10-38 m2/s
7. 10-5 m2/s
Rúbrica para la evaluación complementaria 7
Indicador de logro
Logrado
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Identifica cronológicamente Responde los ítems 1 y 4.
las distintas concepciones
del átomo.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Reconoce los principales
logros y deficiencias en los
modelos atómicos.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Responde los ítems 2 y 3.
Rúbrica para la evaluación complementaria 8
Indicador de logro
Calcula la energía de
transición entre distintos
estados.
Logrado
Responde los ítems 1, 2 y 3.
Determina la energía de los Responde los ítems 4 y 5.
estados estacionarios.
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Responde dos ítems.
Responde solo un ítem.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Rúbrica para la evaluación complementaria 9
Indicador de logro
Logrado
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Aplica la incerteza clásica.
Responde los ítems 1 y 2.
Responde un ítem.
No responde ningún ítem.
Aplica el principio de
incertidumbre.
Responde los ítems 3 a 7.
Responde tres ítems.
Responde dos ítems.
Física 4º medio 91
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 92
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 2
Evaluación complementaria 10 (Unidad 2-capítulo II)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
1. La razón entre el tamaño (radio) del átomo y el
radio del núcleo es:
/
4. El espín de una partícula puede ser:
A. cualquier valor numérico.
A. 10-5
B. positivo o negativo.
B. 104
C. un número entero.
C. 108
D. solo positivo.
D. 105
E. solo negativo.
E.
/
10-8
5. Los nucleones están formados por:
2. Si el radio del núcleo fuera de 4 cm,
¿cuál sería el radio del átomo?
3. Respecto del espín en partículas
subatómicas, este puede ser representado
de forma clásica como el:
A. neutrinos.
B. antineutrinos.
C. gravitones.
D. cuarks.
E. electrones.
A. movimiento rectilíneo.
B. momentum.
C. giro.
D. torque.
E. momento de inercia.
6. La siguiente configuración de cuarks
corresponde al protón:
A. u, u, u
B. u, d, d
C. d, d, u
D. u, u, d
E. d, d, d
7. Se sabe que al medir con precisión la masa que corresponde al núcleo de un átomo resulta siempre
que la masa de dicho núcleo es inferior a la suma de las masas de los nucleones que lo forma.
¿A qué equivale este defecto de masa?
8. Una muestra de material radiactivo contiene 500 millones de núcleos radiactivos. Si la vida media del
material es de 30 s. Determinar:
a. El número de núcleos radiactivos después de 15 s.
b. La constante λ (decaimiento exponencial).
9. ¿Cómo se puede explicar que un núcleo emita partículas β si en él solo existen neutrones y protones?
10. Explica de forma cualitativa la dependencia de estabilidad nuclear con el número másico.
11. Al analizar los restos de una momia con el método de carbono-14, se ha encontrado que el número
de radioisótopos activos está dado por la relación N = 6,23 · 10-2 N0. ¿Hace cuánto tiempo vivió la
momia? (λ = 3,9 · 10-12)
92 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 93
Evaluaciones complementarias unidad 2
Evaluación complementaria 11 (Unidad 2-capítulo II)
Nombre: _________________________________________ Curso: _____________Fecha:
/
/
1. ¿Cuál de las siguientes radiaciones es más dañina?
A. Alfa.
B. Gamma.
C. Beta.
D. Rayos x.
E. Microondas.
2. Menciona algunas aplicaciones de los radioisótopos.
3. En el decaimiento de un neutrón, se explica que aparezcan electrones por la presencia de la:
A. interacción eléctrica.
B. interacción nuclear fuerte.
C. interacción nuclear débil.
D. interacción gravitacional.
E. interacción de ligadura.
4. ¿Qué interacciones no actúan a distancias mayores a 1 m?
5. Ordena las interacciones de forma decreciente según su intensidad.
6. Ordena las interacciones de forma creciente según la distancia a la que actúan.
Física 4º medio 93
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 94
Física
4
Evaluaciones complementarias unidad 2
Solucionario
Evaluación complementaria 10
1. D
2. 4 km
3. C
4. B
5. D
6. D
7. Energía.
8. a. 353,6 millones b. λ = 0,0231 1/s
9. Debido a la fuerza nuclear.
10. A mayor número másico, menor inestabilidad
del núcleo.
11. 22 571 años.
Evaluación complementaria 11
1. B
2. Medicina y arqueología.
3. C
4. Nuclear fuerte y débil.
5. Fuerte-eléctrica-débil-gravitatoria.
6. Débil-fuerte-eléctrica-gravitatoria.
Rúbrica para la evaluación complementaria 10
Indicador de logro
Logrado
Medianamente logrado
Parcialmente logrado
Reconoce la razón entre el
tamaño del núcleo y el
tamaño del átomo.
Responde los ítems 1 y 2.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Señala las características
del espín, en partículas
subatómicas.
Responde los ítems 3 y 4.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Reconoce los cuarks que
conforman a los protones
y neutrones.
Responde los ítems 5 y 6.
Responde solo un ítem.
No responde ningún ítem.
Explica la emisión de
energía en el decaimiento
de los átomos.
Responde los ítems 7, 9 y 10
Responde dos ítems.
Responde solo un ítem.
Aplica la relación de
decaimiento en isótopos
radiactivos.
Responde los ítems
8 y 11.
Responde un ítem.
No responde ningún tema.
94 Física 4º medio
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:00 Página 95
Solucionario
Unidad 1
Página 10. Evaluación diagnóstica
I. Conceptos
1.
Esquema A
Esquema B
+ – también – +
+ + también – –
– + también + –
– – también + +
Se atraen.
AyC
D
La segunda imagen, porque los
momentos dipolares magnéticos
tienen una misma orientación.
6. C y D
7. B
8. La luz y las ondas electromagnéticas se generan por
cargas aceleradas.
9. Frotar una regla plástica con lana,
un condensador.
II. Habilidades y procedimientos.
1. la hipótesis más probable es
la tercera.
2. El televisor tiene condensadores
que se cargan al estar enchufado
el aparato. Si se desenchufa,
dicha carga queda en los condensadores y estos pueden escargarse
a través de una persona.
Página 39. Síntesis y evaluación de
capítulo I
I. 1. Las propiedades de la carga
eléctrica son: cargas iguales se
repelen y cargas distintas se
atraen; la carga eléctrica se
conserva; la carga eléctrica
está cuantizada.
2. En un material conductor los
electrones están débilmente
ligados a sus átomos; en cambio
en un material aislante los
electrones se encuentra
fuertemente ligados.
3 Electrización por inducción.
El cuerpo sobre el cual se
induce carga, sigue con carga
neta neutra.
4 Del área de las placas en la cual se
almacena la carga, del material que
aísla las placas y de la distancia
entre ellas.
5. Consiste en la presencia de un
campo magnético alrededor de
un conductor por el que pasa
una corriente.
6. Apuntan hacia fuera de cada una
de las cargas, estas se curvan y no
se tocan.
II. 1. F = 90 N
2. B = 2 · 10-7 T
3. F = 4,61 · 10-14 N
III. 1. El aire seco es mal conductor de la
2.
3.
4.
5.
electricidad, lo que favorece que
los cuerpos se electricen y se
descarguen al encontrar un
cuerpo neutro cercano.
2. B
Página 57. Evaluación intermedia
I. 1. Los conceptos que completan
correctamente el esquema son:
• Recuadro Izquierdo: Carga
del condensador
• Recuadro derecho: descarga
del condensador
Gráficos de la izquierda
V
I
t
t
Gráficos de la derecha
V
I
t
t
II. a. fem; leyes de Faraday y Lenz.
b. campo; ángulo.
c. ley de Lenz.
d. el generador; transformadores.
III. 1. -1,11 V
2. 300 espiras
Página 67. Síntesis y evaluación de
capítulo II
I. 1. El tiempo en que la carga del
condensador alcanza el 63 % de
su capacidad máxima.
2 Corresponde al número de
líneas de campo magnético
que atraviesan una determinada
superficie.
3. Del número de vueltas de la
espira y de la rapidez del cambio
de flujo magnético.
4. Se produce en un circuito RLC
cuando la frecuencia del voltaje
aplicado coincide con la
frecuencia propia del oscilador.
5. Un movimiento oscilatorio.
II. 1. fem = 0,45 V
2. 1 : 2
3. 2,83 A
III.
Uc (J)
5
4,8
3,1
2,6
1,2
0
1,6
1,5
5
4,8
UL (J)
0
0,2
1,9
2,4
3,8
5
3,4
3,5
0
0,2
E (J)
5
5
5
5
5
5
5
5
5
1. Se conserva.
2. La energía es máxima.
3. Es máxima.
Página 95. Síntesis y evaluación de
capítulo III
I. 1. Si se considera solo la teoría de
Maxwell, debería emitirla, y, por
tanto, precipitarse al núcleo. Los
postulados de Bohr acerca del
átomo permiten saber que el
electrón al mantenerse en un nivel
de energía no emite
ondas electromagnéticas.
2. Existen ondas electromagnéticas
que se propagan a la velocidad
de la luz. Las ondas electromagnéticas son emitidas por cargas
aceleradas.
3. Son perpendiculares entre sí.
4. Entre 1 m y 30 km.
5. Porque traspasan los tejidos blandos del cuerpo y no los huesos,
creando una sombra de ellos.
6. Entre 540 KHz y 1600 KHz.
II. 1. 3 · 1011 Hz y 3 · 108 Hz
2. S = 0,155 J/(s · m2)
3. λ = 10 m
III. a. Amplitud.
b. Frecuencia y longitud de onda.
c. Amplificación de onda.
Página 100. Evaluación de síntesis capítulos I, Il y III
II. 1. D
2. A. 7,07 cm
B. 5 cm
C. 30 cm
3. E
4. ΔV = 5 · 107 V. Si la carga se
mueve desde A hasta B, A tiene
un mayor potencial. Si la carga se
mueve desde B hasta A, B tiene
un mayor potencial.
Página 101. Evaluación síntesis capítulos I, Il y III
II. 1. C
III. 1. C
2. E
3. A
4. 1,257 · 10-6 T · m/A
5. U = 5500 J
Página 102. Evaluación síntesis capítulos I, Il y III
IV. 1. 3 · 106 V/m2
2. a. 1,6 · 10-18 C
b. n = 10
3. a. I = 47 A
b. Sentidos opuestos. Los campos
se suman.
4. a. 308 V
5. a. 104 N
6. a. 8,6 años en ir y volver.
5
Física 4º medio 95
Unidad 2_Maquetación 1 28-11-11 17:01 Página 96
Física
Unidad 2
Página 106. Evaluación diagnóstica
I. Conceptos
1. B.
2. B.
3. A-c
B-d
C-e
D-b
E-a.
Página 129. Evaluación intermedia
I. Los conceptos que completan correctamente el esquema son:
• Recuadros izquierdos: Grecia;
Demócrito; Leucipo; materia;
vacío; partículas; dureza; tamaño.
• Recuadros derechos: Rutherford;
Bohr; electrones; núcleo;
espectrales; oro; partículas alfa;
hidrógeno; estacionarios; energía;
electrón; emite; fotón.
II. 1. El modelo no es capaz de
explicar la estabilidad del átomo.
Según este, el átomo debería
ser inestable.
2. f = 2,9 · 1015 Hz
Página 138. Síntesis y evaluación
de capítulo I
I. 1. Los atomistas pensaban que la
materia no se podía subdividir
infinitas veces, llegando
a un límite fundamental (átomo),
y estaban quienes pensaban
que la materia si se podía
subdividir siempre.
2. Ambos modelos postulaban que
los elementos químicos estaban
formados por partículas pequeñas
y que los átomos de un mismo
elemento químico eran iguales,
pero Rutherford demostró que no
eran indestructibles como
postulaba Dalton, y que tampoco
eran esféricos y compactos, sino
que tenían corteza externa
y núcleo.
3. Por la dificultad de acceder experimentalmente al mundo atómico.
4. En que solo están permitidas
algunas órbitas para los electrones
en el espacio y que el momento
angular de los electrones es un
múltiplo de la constante de
Planck.
5. La estabilidad del átomo (porque
los electrones no se precipitan al
núcleo), la emisión y absorción
de fotones.
6. Bohr utiliza la cuantización de la
energía de Planck para explicar
las órbitas estacionarias de los
electrones.
96 Física 4º medio
7. En la imposibilidad de determinar
de manera simultánea la posición
y el momentum lineal de una
partícula.
8. Es más importante a escala
atómica, pues son más
significativas las incertezas para
un Δx pequeño.
II. 1. r1 = 5,29 · 10-11 m ; r2 = 2,12 · 1010 m
2. E2 = −3,4 eV ; E2 = −5,44 · 10-19 J
3. Absorbe un fotón, λ = 4,35 · 10-7
m
4. 527,6 m
III. 1. Se podría pensar, por ejemplo,
que las partículas elementales no
poseen carga eléctrica.
2. C.
Página 150. Evaluación intermedia
I. Los conceptos que completan correctamente el esquema son:
• La mayor parte de la masa del
átomo se encuentra en el núcleo.
• El que se pudo dividir a través de
colisiones.
• Cuyo radio puede ser calculado
mediante: R = 1,2 · 10-13 · A1/3 m.
• Su tamaño es del orden de 10-5
veces el tamaño del átomo.
II. 1.
2 · 105 cm = 2 km
2. A los protones y neutrones.
3. El giro de la partícula.
4. Porque están formados por otras
partículas.
5. Masa y carga eléctrica.
6. No, porque al separarlos se forma
nuevamente un par de cuarks.
7. Más neutrones que protones.
8. Átomo con igual cantidad de
protones, pero diferente cantidad
de neutrones que el átomo
fundamental.
Página 175. Síntesis y evaluación de
capítulo II
I. 1. Las radiaciones alfa, beta y gamma
se generan de forma natural,
como consecuencia de la estabilización de núcleos atómicos
pesados. Las radiaciones alfa son
núcleos de helio con bajo poder
de penetración; la radiación beta
corresponde a electrones con un
poder de penetración mediano; y
las radiaciones gamma son
ondas electromagnéticas de alta
energía y poder de ionización.
2. A que no es posible predecir cuál
núcleo se desintegrará en un
determinado instante.
3. Las radiaciones ionizantes. Entre
ellas se cuentan las emisiones beta,
las radiaciones electromagnéticas
como los rayos UV y x y la radiación
gamma.
4. En una reacción controlada se
puede frenar la velocidad con que
se fisionan los núcleos. En una
reacción en cadena, en cambio,
dicho control sobre la velocidad
de fisión no existe.
5. La interacción gravitacional.
II. 1. 35,21 dec/s
2. a. x = 238, y = 90;
b. x = 11, y = 6.
III. 1. a. Función exponencial;
N = N0e–0,043t
b. 16,2
c. 32,4 s
Página 180. Evaluación de síntesis capítulo I y II
II.
1
C
2
D
3
C
4
E
5
C
Página 181. Evaluación de síntesis capítulos I y II
III. 1. a. Modelo atómico de Bohr para el
átomo de hidrógeno.
b. Absorción de fotones.
c. 12,1 eV = 1,94 · 10-18 J; f = 2,92 ·
1015 Hz
d. Disminuye, menos energéticos.
2. a. Los con número másico entre
40 y 80.
b. Aumenta la cantidad de
nucleones y, como consecuencia,
la energía necesaria para
mantenerlos juntos.
c. Al aumentar el número de
nucleones, es mayor la fuerza de
repulsión entre los protones, por
tanto, para
mantener la estabilidad del
núcleo se necesitarían más
neutrones.
3. T1/2 ≈ 25 minutos
Desintegración yodo-128
Desintegraciones por segundo
4
Solucionario
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20 30 40 50
Tiempo (minutos)
60
70
80
90