LABORATORIO DI FISICA II M - Z
Modulo DIDATTICA FRONTALE

Anno accademico 2024/2025 - Docente: FRANCESCO RUFFINO

Risultati di apprendimento attesi

FRANCESCO RUFFINO
Email: francesco.ruffino@ct.infn.it 
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Fisica ed Astronomia- Via S. Sofia 64- Edificio 6- Studio 244 (secondo piano) Telefono: 0953785461 
Orario ricevimento: Lunedì 15:00-17:00, Mercoledì 15:00-17:00. Il docente è disponibile anche ad incontri di ricevimento in modalità telematica, previo appuntamento. Eventuali avvisi di indisponibilità saranno diramati attraverso Microsoft Teams e/o Studium. 


Il taglio di questo corso è di tipo sperimentale e applicativo. Obbiettivi formativi specifici di questo corso  sono:

  • Comprendere i fenomeni elettrici, magnetici e ottici in maniera sperimentale, pratica e operativa. Essere capaci di realizzare circuiti elettrici e dispositivi elettrici, magnetici e ottici e di effettuare misure di proprietà fisiche  e di caratteristiche tecniche.
  • Acquisire  conoscenze di base sui principi di funzionamento delle apparecchiature, metodi generali, e attitudini mentali utili a investigare fenomeni elettromagnetici e ottici anche diversi  da quelli già proposti nel corso.
  • Acquisire conoscenza di base e abilità utili alla progettazione di dispositivi nuovi nello stesso campo.
  • Acquisire capacità di analizzare correttamente dati  sperimentali e di produrre una  relazione scientifica che  descriva l' esperimento eseguito, riporti i suoi risultati prodotti mediante tale  analisi e li sappia interpretare.
  • Acquisire  la capacità di comunicare i risultati di un esperimento e/o di una  misura scientifica in maniera corretta, esaustiva, chiara e efficace.

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:


Conoscenza e capacità di comprensione:

  • Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.
  • Capacità di schematizzare un fenomeno naturale in termini di grandezze fisiche  scalari e vettoriali. Capacità di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze fisiche  (di tipo algebrico, integrale o differenziale) e di risolverlo con metodi analitici  o numerici.
  • Capacità di montare e mettere a punto semplici configurazioni sperimentali, e di utilizzare strumentazione scientifica per  misure termomeccaniche ed elettromagnetiche.
  • Capacità di effettuare l'analisi statistica dei dati.

Capacità di applicare conoscenza:

  • Capacità di applicare le conoscenze acquisite per  la descrizione dei fenomeni fisici utilizzando con rigore  il metodo scientifico.
  • Capacità di progettare semplici esperimenti ed effettuare l'analisi dei dati sperimentali ottenuti in tutte le aree di interesse della  fisica,  incluse quelle  con implicazioni  tecnologiche.

Autonomia di giudizio:

  • Capacità di ragionamento critico.
  • Capacità di individuare i metodi più appropriati per  analizzare criticamente, interpretare ed elaborare i dati  sperimentali.
  • Capacità di individuare le previsioni di una  teoria o di un modello.
  • Capacità di valutare l'accuratezza delle  misure, la linearità delle  risposte strumentali, la sensibilità e selettività delle  tecniche utilizzate.

Abilità comunicative:

  • Capacità di esporre oralmente, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.
  • Capacità di descrivere in forma  scritta, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Si alternano 3 cicli di lezioni in Aula con altrettanti cicli di esercitazioni pratiche in Laboratorio. Si inizia con un primo  periodo di lezioni in Aula a cui segue il primo  ciclo di esercitazioni in Laboratorio. Si prosegue con il secondo periodo di lezioni etc.

Durante i cicli di lezioni in Aula vengono presentati i principi di funzionamento di strumenti e introdotti alcuni  progetti di esperimenti scientifici volti alla riproduzione di fenomeni elettromagnetici e ottici, oppure alla verifica  di una  legge fisica o alla misura di una  grandezza fisica negli stessi campi. Specifico risalto  è dato  alla analisi  e presentazione dei dati  sperimentali che  saranno prodotti in Laboratorio.

Durante i cicli di esercitazioni pratiche in Laboratorio gli studenti svolgono praticamente gli esperimenti e eseguono effettivamente le misure, precedentemente introdotte in Aula.

6 CFU (corrispondenti a 7 ore ciascuno) sono dedicati a lezioni in Aula, per un totale di 42 ore, e 6 CFU (corrispondenti a 15 ore ciascuno) sono dedicati a esercitazioni in Laboratorio, per un totale di 90 ore. Il corso, di 12 CFU, corrisponde quindi complessivamente a 132 ore di attività didattiche.

Durante i periodi di lezioni in Aula NON si svolgono esercitazioni in Laboratorio. Durante i periodi di esercitazione in Laboratorio NON si svolgono lezioni in Aula.

Qualora l'insegnamento dovesse essere impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto indicato in precedenza, nel rispetto del programma previsto.

Prerequisiti richiesti

È indispensabile avere acquisito conoscenze di base della  teoria degli errori  e dei metodi di analisi  dei dati.

Sono importanti conoscenze di base di analisi  matematica, elettromagnetismo e ottica.

È utile,  e quindi fortemente consigliato, avere superato gli esami di tutti  i corsi di Fisica Generale.

Frequenza lezioni

La frequenza alle lezioni in Aula è di norma obbligatoria. La presenza alle sedute in Laboratorio è obbligatoria. Durante entrambe sono  raccolte firme  di presenza.

Le lezioni in Aula si tengono di norma 2 volta  la settimana, 2 ore ciascuna lezione.

Le sedute in Laboratorio si tengono di norma 3 volte  la settimana, 2 ore ciascuna seduta.

Contenuti del corso

Descrizione e successiva esecuzione di 26 esperienze volte  alla misure di grandezze fisiche  e/o alla verifica  di leggi fisiche  nel campo dell' elettromagnetismo e dell' ottica. Analisi dei relativi  dati sperimentali.

Il programma dettagliato del corso  è riportato nella  Sezione "Programmazione".

Testi di riferimento

Il docente non segue alcun  testo in particolare, ma utilizza materiale da diversi  testi. Le slides  delle lezioni sono  di norma sufficienti per  superare l' esame.

Le esperienze in laboratorio sono  corredate da esaurienti schede di istruzioni disponibili  anche sul sito del corso.

Per approfondimenti in cui lo studente volesse impegnarsi, la seguente è una selezione di testi  che possono essere consultati in quanto descrivono i metodi di analisi  dei dati,  alcuni  degli strumenti elettrici e ottici utilizzati  nel corso  e le relative procedure di misura:

A. FOTI, C. GIANINO: Elementi di analisi dei  dati sperimentali, Liguori Ed., Napoli

J. R. TAYLOR: Introduzione all'analisi degli errori, Zanichelli  Ed., Bologna

ISO(Int.Standard Org.): Guide to  the Expression of Uncertainty in Measurement, Ginevra

L. KIRKUP, B. FRENKEL: An Introduction to  Uncertainty in Measurement,  Cambridge University

Press

L. G. PARRAT: Probability and  Experimental Errors  in Science, Wiley & Sons  Inc.,N.Y. F. TYLER: A Laboratory Manual of Physics, Edward  Arnold Ed., London

M. SEVERI: Introduzione alla  sperimentazione fisica, Ed. Zanichelli, Bologna

E. ACERBI: Metodi e strumenti di misura, Città Studi Ed., Milano

G. CORTINI, S. SCIUTI: Misure ed  apparecchi di Fisica (Elettricità), Veschi Ed., Roma

R. RICAMO: Guida  alle esperimentazioni di Fisica,Vol. 2°, Casa  Editrice Ambrosiana, Milano

F. W. SEARS: Ottica, Casa  Editrice  Ambrosiana, Milano

G. E. FRIGERIO: I laser, Casa  Editrice  Ambrosiana, Milano

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1STRUMENTI DI MISURA, INCERTEZZE, ELABORAZIONE E ANALISI DEI DATI 3hSlides 
2RICHIAMO DI CONCETTI E DEFINIZIONI DI ALCUNE GRANDEZZE ELETTRICHE 3hSlides
3STRUMENTAZIONE ELETTRICA DI BASE 5hSlides
4MISURA DELLA INTENSITA’ DELLA CORRENTE ELETTRICA 10hSlides
5MISURA DELLA CARICA ELETTRICA 8hSlides
6MISURA DELLA DIFFERENZA DI POTENZIALE O TENSIONE ELETTRICA 2hSlides
7MISURA DELLA RESISTENZA ELETTRICA 6hSlides
8STRUMENTI ANALOGICI E DIGITALI 2hSlides
9DETERMINAZIONE DELLA SENSIBILITA’ AMPEROMETRICA E DELLA RESISTENZA INTERNA DI UN GALVANOMETRO 2hSlides e scheda
10DETERMINAZIONE DELLA COSTANTE BALISTICA DI UN GALVANOMETRO E MISURA DI CAPACITA’ INCOGNITE 2hSlides e scheda
11COSTRUZIONE DI UN VOLTMETRO A DIVERSE PORTATE; MISURA DELLA RESISTENZA INTERNA E VARIAZIONE DELLA PORTATA DI UN VOLTMETRO 2hSlides e scheda
12DETERMINAZIONE DELLA F.E.M. E DELLA RESISTENZA INTERNA DI UNA PILA CON IL METODO POTENZIOMETRICO 2hSlides e scheda
13MISURA DI RESISTENZE CON IL METODO VOLT-AMPEROMETRICO 2hSlides e scheda
14REALIZZAZIONE E TARATURA DI UN OHMETRO 2hSlides e scheda
15MISURA DEL COEFFICIENTE DI TEMPERATURA DELLA RESISTENZA DI VARI MATERIALI 2hSlides e scheda
16MISURA DI UNA RESISTENZA INCOGNITA CON IL PONTE DI WHEATSTONE 2hSlides e scheda
17MISURA DI RESISTENZE DI VALORE ELEVATO MEDIANTE LA SCARICA DI UN CONDENSATORE 2hSlides e scheda
18ESPERIENZA DI MILLIKAN 2hSlides e scheda
19TUBI ELETTRONICI E SEMICONDUTTORI 9hSlides e scheda
20MISURA DI CAMPI MAGNETICI E MOTO DI CARICHE ELETTRICHE 8hSlides e scheda
21CIRCUITI ELETTRICI PERCORSI DA CORRENTE ALTERNATA 14hSlides e scheda
22RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI UN DIODO A VUOTO  2hSlides e scheda
23RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DI UN TRIODO 2hSlides e scheda
24RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI UN DIODO A GIUNZIONE 2hSlides e scheda
25REALIZZAZIONE E STUDIO DI UN OSCILLATORE A DENTI DI SEGA 2hSlides e scheda
26MISURA DEL CAMPO MAGNETICO ALL’ INTERNO DI UN SOLENOIDE 2hSlides e scheda
27TARATURA DI UNA SONDA DI HALL IN BISMUTO 2hSlides e scheda
28DETERMINAZIONE DEL RAPPORTO e/m DELL’ ELETTRONE MEDIANTE IL TUBO DI WEHNELT 2hSlides e scheda
29RILIEVO DELLA CURVA DI RISONANZA DI UN CIRCUITO RLC SERIE 2hSlides e scheda
30RILIEVO DELLA CURVA DI RISONANZA DI UN CIRCUITO LC PARALLELO 2hSlides e scheda
31CURVE DI RISPOSTA A SEGNALI SINUSOIDALI DI UN CIRCUITO RC SERIE 2hSlides e scheda
32OTTICA GEOMETRICA 4hSlides e scheda
33OTTICA FISICA 6hSlides e scheda
34MISURA DELLA VELOCITA’ DELLA LUCE 2hSlides e scheda
35MISURA DELLA DISTANZA FOCALE DI UNA LENTE CONVERGENTE 2hSlides e scheda
36DETERMINAZIONE DELLA DISTANZA FOCALE DI UNA LENTE DIVERGENTE 2hSlides e scheda
37DETERMINAZIONE DELL' INDICE DI RIFRAZIONE DI UN PRISMA DI VETRO CON UNO SPETTROSCOPIO E MISURA DI LUNGHEZZE D' ONDA 2hSlides e scheda
38MISURA DI LUNGHEZZE D' ONDA CON UNO SPETTROSCOPIO A RETICOLO DI DIFFFRAZIONE 2hSlides e scheda
39VERIFICA DELLA LEGGE DI MALUS E MISURA DELLA CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE CON DUE POLAROIDI 2hSlides e scheda

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame prevede la valutazione di una  relazione su una  delle  esperienze eseguite in Laboratorio e una prova  orale.


RelazioneAlla fine dell’ultimo dei 3 cicli di esercitazioni in Laboratorio il docente assegna una esperienza a ogni studente, scelta tra tutte quelle eseguite nei 3 cicli. Lo studente dovrà redigere e inviare al docente entro un tempo stabilito dal docente una relazione sull' esperienza assegnata. I formati accettati sono: .doc, .docx, .pdf. Si prega di attribuire al file, come nome del file, solo il proprio nome, cognome e numero di matricola.

Lo studente deve avere frequentato il Laboratorio, eseguito tutte le esperienze, raccolto e conservato i dati sperimentali.

La relazione viene valutata con un voto in trentesimi, che viene comunicato a ciascuno studente. La relazione verrà commentata dal docente in sede di esame orale. Vi è una soglia di 18/30 sulla valutazione della Relazione per accedere alla prova orale. Su fallimento per valutazione dell’elaborato, il candidato dovrà ripetere l’esperienza che verrà conseguentemente riassegnata dal docente.

La relazione, e il suo voto, sono validi all’interno della sessione entro la quale lo studente ha deciso di espletare l’esame orale. In altre parole, lo studente può presentarsi per la prova orale a un qualsiasi appello all’interno di una determinata sessione. A seguito del fallimento della prova orale, il candidato dovrà ripetere l’esperienza che verrà conseguentemente riassegnata dal docente.

Prova oraleverte su tutti  gli argomenti del corso  e può inoltre  includere una  discussione specifica della relazione.

Per superare la prova  orale,  lo studente deve mostrare di conoscere tutti  gli argomenti discussi e deve esporli  in maniera chiara e comprensibile a chiunque avesse le necessarie conoscenze preliminari ma non conoscesse già l’ argomento specifico. La votazione è proporzionale al grado con cui tali due  requisiti appaiono soddisfatti.

La durata tipica  della  prova  orale  va da 30 a 60 minuti,  con una  media di 40 minuti.

Il voto finale  tiene conto  sia della  valutazione della  Relazione che  della  valutazione della  prova  orale,  ma non è necessariamente una  rigorosa media aritmetica delle  due.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.


DATE D'ESAME

Di norma, vengono fissati 8 appelli  in ogni Anno Accademico; consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Triennale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/L-30/esami .

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

L’ esperienza su cui eseguire la relazione sarà una  qualsiasi delle  26 eseguite in Laboratorio. La scelta è effettuata esclusivamente dal docente con criteri casuali al momento dell’ assegnazione.

Alcuni argomenti tipicamente oggetto di domanda durante la prova orale sono i seguenti:


• Amperometri

• Amplificatore

• Bobine di Helmholtz

• Circuiti elettrici

• Circuito LC

• Circuito RC

• Circuito rifasatore

• Condensatori in serie e/o in parallelo

• Deflessione cariche e misura e/m

• Diodo a giunzione

• Diodo a vuoto

• Effetto  Hall

• Esperienza di Millikan

• Esperienze con luce polarizzata

• Filtri passa-alto e passa-basso

• Galvanometro balistico

• Generatori di tensione e corrente

• LED

• Lente  convergente

• Lente  divergente

• Misura f.e.m.  pila

• Misura sensibilità galvanometro

• Misura velocità della  luce

• Misure di lunghezza d'onda

• Misure di campo magnetico

• Misure di capacità

• Misure di resistenza con metodo volt-amperometrico

• Ohmetro

• Oscillatore a dente di sega

• Oscilloscopio

• Partitori  di tensione

• Ponte  di Wheatstone

• Potenziometro

• Raddrizzatore di tensione alternata

• Rappresentazione vettoriale delle  grandezze elettriche alternate

• Reostati

• Reostati a cassette

• Resistori in serie e/o in parallelo

• Risonanza in circuito  RLC

• Scarica di un condensatore attraverso una  resistenza

• Semiconduttori

• Shunt  per  amperometri

• Shunt  per  voltmetri

• Spettroscopio a prisma

• Spettroscopio a reticolo

• Strumenti analogici per  correnti alternate

• Strumenti digitali

• Transistors

• Triodo

• Variazione resistenza con la temperatura

• Voltmetro elettrostatico

• Voltmetro e sue  portate