LABORATORIO DI FISICA II
M - Z

Anno accademico 2022/2023 - Docente: Antonio TERRASI

Risultati di apprendimento attesi

Il taglio  di questo corso  è di tipo sperimentale e applicativo. Obbiettivi formativi  specici 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.

7 CFU (corrispondenti a 7 ore ciascuno) sono  dedicati a lezioni in Aula, per  un totale di 49 ore,  e 5 CFU (corrispondenti a 15 ore ciascuno) sono  dedicati a esercitazioni in Laboratorio, per  un totale di 75 ore.  Il corso,  di 12 CFU, comprende quindi complessivamente a 124 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:  Schede.

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 sica, 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
11 STRUMENTI DI MISURA, INCERTEZZE, ELABORAZIONE E ANALISI DEI DATISLIDES
22 RICHIAMO DI CONCETTI E DEFINIZIONI DI ALCUNE GRANDEZZE ELETTRICHESLIDES
33 STRUMENTAZIONE ELETTRICA DI BASESLIDES
44 MISURA DELLA INTENSITA’ DELLA CORRENTE ELETTRICASLIDES
55 MISURA DELLA CARICA ELETTRICASLIDES
66 MISURA DELLA DIFFERENZA DI POTENZIALE O TENSIONE ELETTRICASLIDES
77 MISURA DELLA RESISTENZA ELETTRICASLIDES
88 STRUMENTI ANALOGICI E DIGITALISLIDES
99 DETERMINAZIONE DELLA SENSIBILITA’ AMPEROMETRICA E DELLA RESISTENZA INTERNA DI UN GALVANOMETROSLIDES E SCHEDA
1010 DETERMINAZIONE DELLA COSTANTE BALISTICA DI UN GALVANOMETRO E MISURA DI CAPACITA’ INCOGNITESLIDES E SCHEDA
1111 COSTRUZIONE DI UN VOLTMETRO A DIVERSE PORTATE; MISURA DELLA RESISTENZA INTERNA E VARIAZIONE DELLA PORTATA DI UN VOLTMETROSLIDES E SCHEDA
1212 DETERMINAZIONE DELLA F.E.M. E DELLA RESISTENZA INTERNA DI UNA PILA CON IL METODO POTENZIOMETRICOSLIDES E SCHEDA
1313 MISURA DI RESISTENZE CON IL METODO VOLT-AMPEROMETRICOSLIDES E SCHEDA
1414 REALIZZAZIONE E TARATURA DI UN OHMETROSLIDES E SCHEDA
1515 MISURA DEL COEFFICIENTE DI TEMPERATURA DELLA RESISTENZA DI VARI MATERIALISLIDES E SCHEDA
1616 MISURA DI UNA RESISTENZA INCOGNITA CON IL PONTE DI WHEATSTONESLIDES E SCHEDA
1717 MISURA DI RESISTENZE DI VALORE ELEVATO MEDIANTE LA SCARICA DI UN CONDENSATORESLIDES E SCHEDA
1818 ESPERIENZA DI MILLIKANSLIDES E SCHEDA
1919 TUBI ELETTRONICI E SEMICONDUTTORISLIDES
2020 MISURA DI CAMPI MAGNETICI E MOTO DI CARICHE ELETTRICHESLIDES
2121 CIRCUITI ELETTRICI PERCORSI DA CORRENTE ALTERNATASLIDES
2222 RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI UN DIODO A VUOTOSLIDES E SCHEDA
2323 RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DI UN TRIODOSLIDES E SCHEDA
2424 RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI UN DIODO A GIUNZIONESLIDES E SCHEDA
2525 REALIZZAZIONE E STUDIO DI UN OSCILLATORE A DENTI DI SEGASLIDES E SCHEDA
2626 MISURA DEL CAMPO MAGNETICO ALL’ INTERNO DI UN SOLENOIDESLIDES E SCHEDA
2727 TARATURA DI UNA SONDA DI HALL IN BISMUTOSLIDES E SCHEDA
2828 DETERMINAZIONE DEL RAPPORTO e/m DELL’ ELETTRONE MEDIANTE IL TUBO DI WEHNELTSLIDES E SCHEDA
2929 RILIEVO DELLA CURVA DI RISONANZA DI UN CIRCUITO RLC SERIESLIDES E SCHEDA
3030 RILIEVO DELLA CURVA DI RISONANZA DI UN CIRCUITO LC PARALLELOSLIDES E SCHEDA
3131 CURVE DI RISPOSTA A SEGNALI SINUSOIDALI DI UN CIRCUITO RC SERIESLIDES E SCHEDA
3232 OTTICA GEOMETRICASLIDES
3333 OTTICA FISICASLIDES
3434 MISURA DELLA VELOCITA’ DELLA LUCESLIDES E SCHEDA
3535 MISURA DELLA DISTANZA FOCALE DI UNA LENTE CONVERGENTESLIDES E SCHEDA
3636 DETERMINAZIONE DELLA DISTANZA FOCALE DI UNA LENTE DIVERGENTESLIDES E SCHEDA
3737 DETERMINAZIONE DELL' INDICE DI RIFRAZIONE DI UN PRISMA DI VETRO CON UNO SPETTROSCOPIO E MISURA DI LUNGHEZZE D' ONDASLIDES E SCHEDA
3838 MISURA DI LUNGHEZZE D' ONDA CON UNO SPETTROSCOPIO A RETICOLO DI DIFFFRAZIONESLIDES E SCHEDA
3939 VERIFICA DELLA LEGGE DI MALUS E MISURA DELLA CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE CON DUE POLAROIDISLIDES 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.

Relazione: Alla 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 (minimo  3 giorni lavorativi, con garanzia che  la scadenza ricadrà entro il periodo di Lezioni stabilito dall’ Ateneo  e non sforerà nel periodo di Esami), esclusivamente per  e-mail,  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  cognome, per  esempio Terrasi.doc oppure Terrasi.docx oppure Terrasi.pdf.

È ovvio che  lo studente deve avere frequentato il Laboratorio e eseguito TUTTE le esperienze e raccolto e conservato i dati  sperimentali di tutte.

La relazione viene  valutata con un voto in trentesimi, che  viene  comunicato a ciascuno studente. Inoltre essa viene  commentata dal docente e re-inviata allo studente corredata dai suoi commenti. Nelle parti tecniche come Raccolta Dati e Analisi, la valutazione è principalmente legata alla presenza o meno di errori  o omissioni evidenziate dai commenti, e in misura minore allo stile della  presentazione e della scrittura. Nelle parti  introduttive (Introduzione, Descrizione Apparato Sperimentale, Esecuzione) è invece dominante il giudizio sulla qualità del contenuto e della  forma  e sarebbe vano  in generale ricercare il motivo  di una  votazione inferiore al massimo in un 'errore' evidenziato da un commento esplicito: sarebbe impossibile tradurre in commenti puntuali il fatto  che  un elaborato è poco  completo, o poco fluido, o poco  efficace. Nelle Conclusioni  si ha un misto  delle  due  situazioni: ci possono essere specifiche sviste o lacune a giustificare un voto inferiore al massimo, o semplicemente la mancanza o la minore adeguatezza di considerazioni e/o valutazioni che  normalmente vengono fatte o sviluppate meglio, o entrambe le cose. Non vi è alcuna soglia  sulla valutazione della  Relazione per  accedere alla prova  orale.

La relazione, e il suo voto,  sono  validi indefinitamente, cioè fino a quando il Prof. Costa  sarà titolare di questo insegnamento. In altre  parole lo studente può presentarsi per  la prova  orale  a un qualsiasi appello successivo all’ avvenuta valutazione della  sua  relazione. Non è prevista la ri-esecuzione ad hoc dell' esperienza assegnata.

Prova orale: verte 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 .

Per quanto illustrato sopra, tali date si riferiscono esclusivamente alla prova  orale,  in quanto la relazione sarà già stata redatta durante gli ultimi giorni del periodo di lezioni dell’ Anno Accademico in cui il corso fu frequentato.

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