LABORATORIO DI FISICA II 2

Modulo ESERCITAZIONI

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.

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 lezione 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.

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.

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.

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".

l 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 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

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

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