Fisica1

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COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA Director General Mtro. Víctor Mario Gamiño Casillas Director Académico Mtro. Martín Antonio Yépiz Robles Director de Administración y Finanzas Ing. David Suilo Orozco Director de Planeación Mtro. Víctor Manuel Flores Valenzuela Director de Vinculación e Imagen Institucional Lic. José Luis Argüelles Molina FÍSICA 1 Módulo de Aprendizaje. Copyright© 2016 por Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora. Todos los derechos reservados. Quinta edición 2015. Reimpresión 2016. Impreso en México. DIRECCIÓN ACADÉMICA Departamento de Innovación y Desarrollo de la Práctica Docente. Blvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur. Hermosillo, Sonora, México. C.P. 83280 COMISIÓN ELABORADORA Elaboración: Alfonso Bernardo Harita Coelaboración: Edgardo Valenzuela Peralta Karina Flores Mendoza José Carlos Enríquez Rangel Ramón Marcos Peralta Velarde Revisión disciplinaria: Luis Alfonso Yáñez Munguía Corrección de estilo: Francisco Castillo Blanco Edición: Bernardino Huerta Valdez Diseño de portada: María Jesús Jiménez Duarte Fotografía de portada: Laura Cecilia Hernández Garza Coordinación Técnica: Rubisela Morales Gispert Supervisión Académica: Vanesa Guadalupe Angulo Benítez Coordinación General: Laura Isabel Quiroz Colossio Esta publicación se terminó de imprimir durante el mes de Julio de 2016. Diseñada en Dirección Académica del Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora. Blvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur. Hermosillo, Sonora, México. La edición consta de 11,368 ejemplares.

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COMPONENTE:

CAMPO DE CONOCIMIENTO:

HORAS SEMANALES:

CRÉDITOS:

FORMACIÓN BÁSICA

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CIENCIAS EXPERIMENTALES

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DATOS DEL ALUMNO Nombre: Plantel: Grupo:

Turno:

Teléfono:

E-mail: Domicilio:

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El Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora (COBACH), desde la implementación de la Reforma Integral de la Educación Media Superior en 2007, de forma socialmente responsable, dio inicio a la adecuación de su Plan de estudios y a sus procesos de enseñanza aprendizaje y de evaluación para reforzar su modelo de Educación Basada en Competencias, y así lograr que pudieran sus jóvenes estudiantes desarrollar tanto las competencias genéricas como las disciplinares, en el marco del Sistema Nacional del Bachillerato. Este modelo por competencias considera que, además de contar con conocimientos, es importante el uso que se hace de ellos en situaciones específicas de la vida personal, social y profesional. Dicho de otra forma, el ser competente se demuestra cuando, de forma voluntaria, se aplican dichos conocimientos a la resolución de situaciones personales o a la adquisición de nuevos conocimientos, habilidades y destrezas, lo que hace que se refuerce la adquisición de nuevas competencias. En ese sentido el COBACH, a través de sus docentes, reestructura la forma de sus contenidos curriculares y lo plasma en sus módulos de aprendizaje, para facilitar el desarrollo de competencias. En el caso del componente de Formación para el Trabajo, además de las competencias genéricas, fortalece el sentido de apreciación hacia procesos productivos, porque aunque el bachillerato que te encuentras cursando es general y te prepara para ir a la universidad, es importante el que aprendas un oficio y poseas una actitud positiva para desempeñarlo. De tal forma que, este módulo de aprendizaje de la asignatura de Física 1, es una herramienta valiosa porque con su contenido y estructura propiciará tu desarrollo como persona visionaria, competente e innovadora, características que se establecen en los objetivos de la Reforma Integral de Educación Media Superior. El módulo de aprendizaje es uno de los apoyos didácticos que el COBACH te ofrece con la finalidad de garantizar la adecuada transmisión de saberes actualizados, acorde a las nuevas políticas educativas, además de lo que demandan los escenarios local, nacional e internacional. En cuanto a su estructura, el módulo se encuentra organizado en bloques de aprendizaje y secuencias didácticas. Una secuencia didáctica es un conjunto de actividades, organizadas en tres momentos: inicio, desarrollo y cierre. En el inicio desarrollarás actividades que te permitirán identificar y recuperar las experiencias, los saberes, las preconcepciones y los conocimientos que ya has adquirido a través de tu formación, mismos que te ayudarán a abordar con facilidad el tema que se presenta en el desarrollo, donde realizarás actividades que introducen nuevos conocimientos dándote la oportunidad de contextualizarlos en situaciones de la vida cotidiana, con la finalidad de que tu aprendizaje sea significativo. Posteriormente se encuentra el momento de cierre de la secuencia didáctica, donde integrarás todos los saberes que realizaste en las actividades de inicio y desarrollo. En todas las actividades de los tres momentos se consideran los saberes conceptuales, procedimentales y actitudinales. De acuerdo a las características y del propósito de las actividades, éstas se desarrollan de forma individual, grupal o equipos.

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Para el desarrollo de tus actividades de la capacitación para el trabajo deberás utilizar diversos recursos, desde material bibliográfico, videos, investigación de campo, etcétera; así como realizar actividades prácticas de forma individual o en equipo. La retroalimentación de tus conocimientos es de suma importancia, de ahí que se te invita a participar de forma activa cuando el docente lo indique, de esta forma aclararás dudas o bien fortalecerás lo aprendido; además en este momento, el docente podrá tener una visión general del logro de los aprendizajes del grupo. Recuerda que la evaluación en el enfoque en competencias es un proceso continuo, que permite recabar evidencias a través de tu trabajo, donde se tomarán en cuenta los tres saberes: conceptual, procedimental y actitudinal, con el propósito de que apoyado por tu maestro mejores el aprendizaje. Es necesario que realices la autoevaluación, este ejercicio permite que valores tu actuación y reconozcas tus posibilidades, limitaciones y cambios necesarios para mejorar tu aprendizaje. Así también, es recomendable la coevaluación, proceso donde de manera conjunta valoran su actuación, con la finalidad de fomentar la participación, reflexión y crítica ante situaciones de sus aprendizajes, promoviendo las actitudes de responsabilidad e integración del grupo. Finalmente, se destaca que, en este modelo, tu principal contribución es que adoptes un rol activo y participativo para la construcción de tu propio conocimiento y el desarrollo de tus competencias, a través de lo que podrás dar la respuesta y la contextualización adecuadas para resolver los problemas del entorno a los que te enfrentes, ya sean personales o profesionales.

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Presentación .......................................................................................................................................................7 Mapa de asignatura ............................................................................................................................................8 BLOQUE 1: RECONOCES EL LENGUAJE TÉCNICO BÁSICO DE LA FÍSICA. ..................................... 9 Secuencia Didáctica 1: Introducción al estudio de la Física ............................................................................ 10 • Introducción al conocimiento de la Física ............................................................................................... 11 • Historia de la Física ................................................................................................................................... 12 • Ramas de la Física.................................................................................................................................... 13 • La Física y su impacto en la ciencia y la tecnología................................................................................. 14 /D )tVLFD \ HO PpWRGR FLHQWtÀFR ................................................................................................................. 19 Secuencia Didáctica 2: Magnitudes físicas y unidades de medida ................................................................. 28 • La necesidad de medir ............................................................................................................................. 29 • Sistemas de unidades .............................................................................................................................. 30 • Sistema Internacional de Unidades (S.I.) ................................................................................................. 32 1RWDFLyQ &LHQWtÀFD .................................................................................................................................... 35 • Múltiplos y submúltiplos............................................................................................................................ 39 • Conversiones de unidades ....................................................................................................................... 41 Secuencia Didáctica 3: Medición de magnitudes con métodos directos e indirectos .................................... 52 • Mediciones directas e indirectas .............................................................................................................. 53 • Instrumentos de medición ........................................................................................................................ 55 • Exactitud y precisión ................................................................................................................................. 57 • Incertidumbre en la medida ...................................................................................................................... 57 • Errores en las mediciones ........................................................................................................................ 59 • Causas de los Errores............................................................................................................................... 59 • Tipos de Errores ........................................................................................................................................ 59 • Errores en las medidas directas ............................................................................................................... 59 &LIUDV VLJQLÀFDWLYDV ................................................................................................................................... 61 • Redondeo de cifras................................................................................................................................... 62 2SHUDFLRQHV FRQ FLIUDV VLJQLÀFDWLYDV ....................................................................................................... 63 Secuencia Didáctica 4: Vectores ...................................................................................................................... 71 • Magnitud física .......................................................................................................................................... 72 • Cantidades escalares ............................................................................................................................... 72 • Cantidades vectoriales.............................................................................................................................. 72 • Características de los vectores ................................................................................................................. 72 • Tipos de vectores ...................................................................................................................................... 77 Operaciones con vectores ........................................................................................................................ 79 BLOQUE 2: IDENTIFICAS LAS DIFERENCIAS ENTRE DISTINTOS TIPOS DE MOVIMIENTOS. ....... 87 Secuencia Didáctica 1: Movimiento una dimensión: Conceptos básicos y MRU ........................................... 88 • Movimiento ................................................................................................................................................ 89 • Sistemas de referencia ............................................................................................................................. 90 • Características generales del movimiento en una dimensión.................................................................. 91 • Distancia y desplazamiento ...................................................................................................................... 91 • Rapidez media .......................................................................................................................................... 94 • Rapidez instantánea ................................................................................................................................. 94 • Velocidad media ....................................................................................................................................... 98 Secuencia Didáctica 2: Movimiento acelerado: MRUA, caída libre y tiro vertical .......................................... 112 • Aceleración media .................................................................................................................................. 113 • Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado.................................................................................. 115 *UiÀFDV GH 058$ .................................................................................................................................. 117 • Caída libre y tiro vertical .......................................................................................................................... 123 Secuencia Didáctica 3: Movimiento en dos dimensiones: Tiro parabólico y MCU ....................................... 135 • Características generales del movimiento en dos dimensiones ............................................................ 136 • Movimiento Circular Uniforme (M.C.U.) .................................................................................................. 143

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• • •

Distancia Angular .................................................................................................................................... 144 Frecuencia y período .............................................................................................................................. 147 Aceleración centrípeta en M.C.U ............................................................................................................ 147

BLOQUE 3: COMPRENDES EL MOVIMIENTO DE LOS CUERPOS A PARTIR DE LAS LEYES NEWTON ...... 159 Secuencia Didáctica 1: Operaciones con vectores........................................................................................ 160 6XPD GH YHFWRUHV SRU HO PpWRGR JUiÀFR ............................................................................................... 161 • Método del triángulo ............................................................................................................................... 161 • Método del paralelogramo...................................................................................................................... 162 • Método del polígono ............................................................................................................................... 163 • Vectores unitarios .................................................................................................................................... 168 Secuencia Didáctica 1: Leyes de Newton ...................................................................................................... 174 • Antecedentes históricos.......................................................................................................................... 175 • Leyes de Newton .................................................................................................................................... 178 • Fuerzas fundamentales........................................................................................................................... 178 • Primera ley de Newton ............................................................................................................................ 179 • Masa........................................................................................................................................................ 180 • Segunda ley del movimiento de Newton ................................................................................................ 183 • Tercera ley del movimiento de Newton ................................................................................................... 187 • Fuerza de acción y fuerzas de reacción en situaciones cotidianas ....................................................... 188 • Descomposición de fuerzas ................................................................................................................... 189 Secuencia Didáctica 2: Peso y fricción: dos fuerzas cotidianas .................................................................... 194 • Peso ........................................................................................................................................................ 195 • Instrumentos para medir el peso ............................................................................................................ 196 • Fuerza normal ......................................................................................................................................... 198 • Fuerzas de fricción .................................................................................................................................. 198 Secuencia Didáctica 3: Aplicaciones de las leyes de Newton ....................................................................... 203 • Sin tomar en cuenta la fuerza de fricción ............................................................................................... 204 • Tomando en cuenta la fuerza de fricción ................................................................................................ 210 Secuencia Didáctica 4: Ley de gravitación universal ..................................................................................... 222 • Antecedentes históricos.......................................................................................................................... 223 • Leyes de Kepler ...................................................................................................................................... 224 • Segunda Ley de Kepler........................................................................................................................... 225 • Tercera ley de Kepler ............................................................................................................................... 226 • ¿Cómo entran los satélites en órbita? .................................................................................................... 226 • Ley de gravitación universal.................................................................................................................... 229 • Determinación del valor de la aceleración de la gravedad .................................................................... 231 BLOQUE 4: RELACIONAS EL TRABAJO CON LA ENERGÍA ............................................................ 237 Secuencia Didáctica 1: Trabajo y Potencia mecánica.................................................................................... 238 • Trabajo y Potencia mecánica .................................................................................................................. 239 • Trabajo mecánico .................................................................................................................................... 239 • Trabajo positivo y negativo...................................................................................................................... 240 • Potencia mecánica .................................................................................................................................. 243 Secuencia Didáctica 2: Energía mecánica Potencial y Cinética .................................................................... 252 • Energía .................................................................................................................................................... 253 • Energía Mecánica ................................................................................................................................... 253 • Energía Cinética ...................................................................................................................................... 254 • Energía Potencial .................................................................................................................................... 256 • Ley de la conservación de la Energía Mecánica .................................................................................... 258 Bibliografía ...................................................................................................................................................... 269

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BLOQUE 1

Reconoces el lenguaje tÊcnico båsico de la física Desempeùos del estudiante al concluir el bloque: • ,GHQWLÀFDV OD LPSRUWDQFLD GH ORV PpWRGRV GH LQYHVWLJDFLyQ \ su relevancia en el desarrollo de la ciencia como la solución de problemas cotidianos. • Reconoces y comprendes el uso de las magnitudes físicas y su medición como herramientas de uso en la actividad FLHQWtÀFD GH WX HQWRUQR • ,QWHUSUHWDV HO XVR GH OD QRWDFLyQ FLHQWtÀFD \ GH ORV SUHÀMRV como una herramienta de uso que te permita representar números enteros y decimales. • ,GHQWLÀFDV ODV FDUDFWHUtVWLFDV \ SURSLHGDGHV GH ORV YHFWRUHV que te permitan su manejo y aplicación en problemas cotidianos.

Objetos de aprendizaje: • • • • •

0pWRGR FLHQWtÀFR. Magnitudes físicas y su medición. 1RWDFLyQ FLHQWtÀFD Instrumentos de medición. Vectores.

Tiempo asignado: 20 horas

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Competencias a desarrollar: • Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente HQ FRQWH[WRV KLVWyULFRV \ VRFLDOHV HVSHFtÀFRV • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones Êticas. • ,GHQWLÀFD SUREOHPDV IRUPXOD SUHJXQWDV GH FDUiFWHU FLHQWtÀFR \ SODQWHD ODV hipótesis necesarias para responderlas. • Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de FDUiFWHU FLHQWtÀFR FRQVXOWDQGR IXHQWHV UHOHYDQWHV \ UHDOL]DQGR H[SHULPHQWRV pertinentes. • Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones en equipos diversos, respetando la diversidad de valores, ideas y pråcticas sociales. • Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos QDWXUDOHV D SDUWLU GH HYLGHQFLDV FLHQWtÀFDV • +DFH H[SOtFLWDV ODV QRFLRQHV FLHQWtÀFDV TXH VXVWHQWDQ ORV SURFHVRV SDUD OD solución de problemas cotidianos. • Explica el funcionamiento de måquinas de uso común a partir de nociones FLHQWtÀFDV • Diseùa modelos o prototipos para resolver problemas locales, satisfacer QHFHVLGDGHV R GHPRVWUDU SULQFLSLRV FLHQWtÀFRV • Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los UDVJRV REVHUYDEOHV D VLPSOH YLVWD R PHGLDQWH LQVWUXPHQWRV R PRGHORV FLHQWtÀFRV • Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental dentro de su región y/o comunidad. • Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, GHÀQLHQGR XQ FXUVR GH DFFLyQ FRQ SDVRV HVSHFtÀFRV • Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera UHà H[LYD • Dialoga y aprende de personas con distintos puntos de vista y tradiciones culturales mediante la ubicación de sus propias circunstancias en un contexto mås amplio. • Asume que el respeto de las diferencias es el principio de integración y convivencia en los contextos local, nacional e internacional. 9

Secuencia didáctica 1. Introducción al estudio de la Física. Inicio Actividad: 1 Evaluación diagnóstica

En forma individual, responde las siguientes preguntas. 1. ¿Qué objetos encuentras en tu casa que no existían en casa de tus padres cuando eran niños o que actualmente son muy distintos? _________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________

2.

¿Cómo crees que se llevó a cabo el desarrollo, evolución o invención de dichos objetos?

_________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________

3. Observa a través de una ventana hacia afuera durante unos dos minutos. ¿Qué cambios se presentaron en ese tiempo? _________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________

4.

¢&yPR SXHGHV D WUDYpV GH FDQWLGDGHV ItVLFDV FXDQWLÀFDU ORV FDPELRV TXH REVHUYDVWH"

_________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Cómo tus respuestas anteriores se relacionan con la Física?

_________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________

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REC O NO C ES EL LENG U AJ E T É C NIC O

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