LABORATORIO DI FISICA II A - L

FIS/01 - 12 CFU - Insegnamento annuale

Docente titolare dell'insegnamento

SALVATORE COSTA
Email: Salvatore.Costa@ct.infn.it
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Fisica e Astronomia "Ettore Majorana", Città Universitaria - Edificio 6, Via Santa Sofia 64, 95123 Catania
Telefono: +39 347 367 5196
Orario ricevimento: Martedi ore 10:00 e Giovedi ore 17:00 (presentarsi entro 10 minuti; il docente dedicherà quindi ai colloqui il tempo necessario)


Obiettivi formativi

Comprendere i fenomeni elettrici, magnetici e ottici in maniera sperimentale, pratica e operativa.

Essere capaci di realizzare circuiti elettrici, dispositivi elettrici, magnetici e ottici e realizzare 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 basi 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.


Prerequisiti richiesti

Conoscenze di base della teoria degli errori e dei metodi di analisi dei dati. Conoscenze di base di elettromagnetismo e ottica.

Avere superato l' esame di Laboratorio di Fisica 1.

Consigliato inoltre di avere superato gli esami di Fisica Generale 1 e 2.



Frequenza lezioni

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

La frequenza sia alle lezoni in Aula sia alle sedute in Laboratorio è obbligatoria.

Durante le sedute in Laboratorio 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 una trentina di 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.



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, la seguente è una selezione di testi che descrivono i metodi di analisi dei dati, gli strumenti elettrici e ottici utilizzati nel corso e le relative procedure di misura.

  1. A. FOTI, C. GIANINO: Elementi di analisi dei dati sperimentali, Liguori Ed., Napoli
  2. J. R. TAYLOR: Introduzione all'analisi degli errori, Zanichelli Ed., Bologna
  3. ISO(Int.Standard Org.): Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, Ginevra
  4. L. KIRKUP, B. FRENKEL: An Introduction to Uncertainty in Measurement, Cambridge University Press
  5. L. G. PARRAT: Probability and Experimental Errors in Science, Wiley & Sons Inc.,N.Y.
  6. F. TYLER: A Laboratory Manual of Physics, Edward Arnold Ed., London
  7. M. SEVERI: Introduzione alla sperimentazione fisica, Ed. Zanichelli, Bologna
  8. E. ACERBI: Metodi e strumenti di misura, Città Studi Ed., Milano
  9. G. CORTINI, S. SCIUTI: Misure ed apparecchi di Fisica (Elettricità), Veschi Ed., Roma
  10. R. RICAMO: Guida alle esperimentazioni di Fisica,Vol. 2°, Casa Editrice Ambrosiana, Milano
  11. F. W. SEARS: Ottica Casa Editrice Ambrosiana, Milano
  12. G. E. FRIGERIO: I laser, Casa Editrice Ambrosiana, Milano

Altro materiale didattico

Tutte le informazioni logistiche e organizzative sul corso sono pubblicate in questo sito web:

http://cms.ct.infn.it/~costa/Lab2

Il materiale didattico di tutte le lezioni (slides) e le schede di istruzioni di tutte le esperienze da eseguirsi in laboratorio sono pubblicati sul medesimo sito.



Programmazione del corso

 *ArgomentiRiferimenti testi
1*STRUMENTI DI MISURA, INCERTEZZE, ELABORAZIONE E ANALISI DEI DATI Slides 
2*RICHIAMO DI CONCETTI E DEFINIZIONI DI ALCUNE GRANDEZZE ELETTRICHESlides 
3*STRUMENTAZIONE ELETTRICA DI BASESlides 
4*MISURA DELLA INTENSITA’ DELLA CORRENTE ELETTRICASlides 
5*MISURA DELLA CARICA ELETTRICASlides 
6*MISURA DELLA DIFFERENZA DI POTENZIALE O TENSIONE ELETTRICASlides 
7*MISURA DELLA RESISTENZA ELETTRICASlides 
8*STRUMENTI ANALOGICI E DIGITALISlides 
9*DETERMINAZIONE DELLA SENSIBILITA’ AMPEROMETRICA E DELLA RESISTENZA INTERNA DI UN GALVANOMETRO Slides e Scheda 
10*DETERMINAZIONE DELLA COSTANTE BALISTICA DI UN GALVANOMETRO E MISURA DI CAPACITA’ INCOGNITE Slides e Scheda 
11*COSTRUZIONE DI UN VOLTMETRO A DIVERSE PORTATE; MISURA DELLA RESISTENZA INTERNA E VARIAZIONE DELLA PORTATA DI UN VOLTMETRO Slides e Scheda 
12*DETERMINAZIONE DELLA F.E.M. E DELLA RESISTENZA INTERNA DI UNA PILA CON IL METODO POTENZIOMETRICO Slides e Scheda 
13*MISURA DI RESISTENZE CON IL METODO VOLT-AMPEROMETRICOSlides e Scheda 
14*REALIZZAZIONE E TARATURA DI UN OHMETROSlides e Scheda 
15*MISURA DEL COEFFICIENTE DI TEMPERATURA DELLA RESISTENZA DI VARI MATERIALISlides e Scheda 
16*MISURA DI UNA RESISTENZA INCOGNITA CON IL PONTE DI WHEATSTONESlides e Scheda 
17*MISURA DI RESISTENZE DI VALORE ELEVATO MEDIANTE LA SCARICA DI UN CONDENSATORESlides e Scheda 
18*ESPERIENZA DI MILLIKANSlides e Scheda 
19*TUBI ELETTRONICI E SEMICONDUTTORISlides 
20*MISURA DI CAMPI MAGNETICI E MOTO DI CARICHE ELETTRICHESlides 
21*CIRCUITI ELETTRICI PERCORSI DA CORRENTE ALTERNATASlides 
22*RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI UN DIODO A VUOTOSlides e Scheda 
23*RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DI UN TRIODOSlides e Scheda 
24*RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI UN DIODO A GIUNZIONESlides e Scheda 
25*REALIZZAZIONE E STUDIO DI UN OSCILLATORE A DENTI DI SEGASlides e Scheda 
26*MISURA DEL CAMPO MAGNETICO ALL’ INTERNO DI UN SOLENOIDESlides e Scheda 
27*TARATURA DI UNA SONDA DI HALL IN BISMUTOSlides e Scheda 
28*DETERMINAZIONE DEL RAPPORTO e/m DELL’ ELETTRONE MEDIANTE IL TUBO DI WEHNELTSlides e Scheda 
29*RILIEVO DELLA CURVA DI RISONANZA DI UN CIRCUITO RLC SERIESlides e Scheda 
30*RILIEVO DELLA CURVA DI RISONANZA DI UN CIRCUITO LC PARALLELOSlides e Scheda 
31*CURVE DI RISPOSTA A SEGNALI SINUSOIDALI DI UN CIRCUITO RC SERIESlides e Scheda 
32*OTTICA GEOMETRICASlides 
33*OTTICA FISICASlides 
34*MISURA DELLA VELOCITA’ DELLA LUCESlides e Scheda 
35*MISURA DELLA DISTANZA FOCALE DI UNA LENTE CONVERGENTESlides e Scheda 
36*DETERMINAZIONE DELLA DISTANZA FOCALE DI UNA LENTE DIVERGENTESlides e Scheda 
37*DETERMINAZIONE DELL' INDICE DI RIFRAZIONE DI UN PRISMA DI VETRO CON UNO SPETTROSCOPIO E MISURA DI LUNGHEZZE D' ONDASlides e Scheda 
38*MISURA DI LUNGHEZZE D' ONDA CON UNO SPETTROSCOPIO A RETICOLO DI DIFFFRAZIONESlides e Scheda 
39*VERIFICA DELLA LEGGE DI MALUS E MISURA DELLA CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE CON DUE POLAROIDISlides e Scheda 
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.

N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

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

Alla fine dell’ ultimo dei 3 cicli di esperienze 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 Costa.doc oppure Costa.docx oppure Costa.pdf. E' ovvio che lo studente deve avere frequentato il Laboratorio e eseguito TUTTE le esperienze e raccolto e conservato i dati sperimentali di tutte. Non è prevista la ri-esecuzione ad hoc dell' esperienza assegnata.

La prova orale verte su tutti gli argomenti del corso e può inoltre includere una discussione specifica della relazione.


PROVE IN ITINERE

Non sono previste vere e proprie prove in itinere.

Gli studenti, tuttavia, sono incoraggiati a presentare spontaneamente e individualmente, in momenti di loro scelta, delle realzioni su esperienze svolte, affinché il docente le esamini, valuti e commenti con loro al fine di miglorare gradualmente la qualità delle relazioni scientifiche che ogni studente è capace di produrre, e ciò sia in vista della prova finale di esame, sia per la formazione complessiva dello studente come Fisico.


PROVE DI FINE CORSO

Alla fine dell’ ultimo dei 3 cicli di esperienze 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 Costa.doc oppure Costa.docx oppure Costa.pdf. E' ovvio che lo studente deve avere frequentato il Laboratorio e eseguito TUTTE le esperienze e raccolto e conservato i dati sperimentali di tutte. Non è prevista la ri-esecuzione ad hoc dell' esperienza assegnata.

La prova orale verte su tutti gli argomenti del corso e può inoltre includere una discussione specifica della relazione.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Amperometri
Bobine di Helmholtz
Circuiti elettrici
Circuito LC
Circuito RC
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
Ponte di Wheatstone
Potenziometro
Raddrizzatore di tensione alternata
Rappresentazione vettoriale delle grandezze elettriche alternate
Reostati e partitori di tensione
Risonanza in circuito RLC
Scarica di un condensatore attraverso una resistenza
Semiconduttori
Shunt
Spettroscopio a prisma
Spettroscopio a reticolo
Strumenti digitali
Transistors
Triodo
Variazione resistenza con la temperatura
Voltmetro elettrostatico
Voltmetro e sue portate




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