Laboratorio di fisica

. - Laboratorio di fisica (1°, 2° 3° unità)
PROF. GIANLUCA GALIMBERTI
OBIETTIVO DEL CORSO
– Sviluppare capacità sperimentali nel lavoro in laboratorio: predisporre il setup
di strumenti; raccogliere le misure; analizzare i dati con lo studio degli errori.
– Implementare e rafforzare le conoscenze teoriche attraverso un confronto con il
dato sperimentale.
– Acquisire competenze informatiche nell’analisi dei dati.
– Abituare gli studenti a restituire i risultati del loro lavoro attraverso relazioni e
presentazioni.
– Aiutare gli studenti ad acquisire la capacità di gestione autonoma di un lavoro
di ricerca sperimentale.
PROGRAMMA DEL CORSO
PRIMA UNITÀ:
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Teoria degli errori.
Descrizione preliminare dell’analisi degli errori.
Come rappresentare e utilizzare gli errori.
Propagazione degli errori.
Analisi statistica degli errori casuali.
La distribuzione normale.
Rigetto dei dati.
Medie pesate.
Metodo dei minimi quadrati .
Covarianza e correlazione.
Laboratorio:
Esperienza sulla conservazione della quantità di moto.
Esperienza sulla forza centripeta.
Esperienze sul coefficiente di attrito.
Esperienze sul moto armonico.
Esperienze di calorimetria.
Per ognuna delle esperienze è prevista la produzione di una relazione con
l’analisi dei dati.
SECONDA UNITÀ:
- Interpolazione dati.
- Nozioni base di software di analisi dati.
-
Laboratorio:
Esperienze sul momento di inerzia.
Esperienze sulla conservazione del momento angolare.
Esperienze sui moti oscillatori accoppiati.
Esperienze sulla forza centripeta.
Esperienze sul pendolo di torsione.
Esperienze di calorimetria.
Esperienze sulle trasformazioni termodinamiche.
Esperienze sul motore termico.
Per ognuna delle esperienze è prevista la produzione di una relazione con
l’analisi dei dati.
TERZA UNITÀ:
Statistica.
La distribuzione binomiale.
La distribuzione di Poisson.
Il test del 2 per una distribuzione.
Approfondimento sull’uso di un software per l’analisi dati.
Laboratorio:
Alle studentesse e agli studenti vengono proposte attività di ricerca con
realizzazione di esperimenti in laboratorio e approfondimenti teorici su uno dei
seguenti argomenti:
- Il moto anarmonico.
- I moti oscillatori accoppiati.
- Il giroscopio.
- La bilancia di Cavendish.
- Le onde stazionarie trasversali e longitudinali.
Al termine i ragazzi preparano, con l’uso di strumenti informatici, una
presentazione dei dati raccolti e delle conclusioni raggiunte nel confronto con i
modelli teorici considerati.
-
BIBLIOGRAFIA
J. R. TAYLOR , Introduzione all’analisi degli errori, Zanichelli, seconda edizione.
DIDATTICA DEL CORSO
Il corso è diviso in tre unità.
La prima unità propone inizialmente un pacchetto di circa 20 ore con lezioni frontali
sulla teoria degli errori. Segue una presentazione delle esperienze e del software utilizzato.
In seguito, gli studenti, divisi in gruppi di due o al più tre persone, con l’aiuto di schede
di accompagnamento e seguiti dai docenti, iniziano a realizzare le esperienze proposte e a
rielaborare i dati emersi con attenzione all’analisi degli errori. Al termine di ogni settimana i
gruppi ruotano, affrontando così, nella settimana successiva, un’esperienza differente. Il
lavoro dei docenti cerca di essere un lavoro di indirizzo e di confronto sui problemi che
emergono o sui risultati ottenuti, con molta attenzione allo sviluppo della capacità di
autonomia risolutiva degli studenti.
Nella seconda unità gli studenti affrontano subito le esperienze di laboratorio con le
stesse modalità dell’unità precedente. Si inserisce in questa seconda unità un pacchetto di
ore per l’introduzione ad un software di analisi dati.
Nelle prime due unità agli studenti è chiesto di presentare ai docenti, durante il corso, i
primi risultati del lavoro in laboratorio sotto forma di bozze di relazioni scritte, in modo che
i docenti possano discutere con gli studenti eventuali modifiche e correzioni da apportare
alla stesura definitiva delle relazioni stesse.
Il terzo modulo, destinato solo a chi sceglie l’indirizzo di fisica generale, si configura
invece in modo nuovo: ad ogni gruppo di studenti, sempre di due o al più tre persone,
vengono proposti differenti percorsi di ricerca, tra cui gli studenti possono sceglierne uno.
Quindi, sempre sotto la supervisione dei docenti, gli studenti devono impostare
l’esperimento, con attenzione anche ai tempi di svolgimento, raccogliere e studiare materiale
di approfondimento teorico, analizzare i dati con l’uso di un software adeguato.
Il lavoro punta a realizzare una capacità autonoma nei ragazzi e l’interazione con i
docenti, che seguono i gruppi uno ad uno, avviene attraverso momenti di confronto, di
discussione, di valutazione critica del lavoro fino a quel momento svolto.
METODO DI VALUTAZIONE
La valutazione per le prime due unità si basa su tre elementi: una prova orale sulla parte
di teoria degli errori; la presentazione e la discussione delle relazioni di laboratorio;
l’impegno mostrato e la qualità del lavoro svolto durante le ore di laboratorio.
Nell’ultima unità la valutazione si fonda sui seguenti elementi: la presentazione
attraverso strumenti multimediali (power point) dell’attività di ricerca svolta; l’impegno
mostrato e la qualità del lavoro svolto durante le ore di laboratorio.
AVVERTENZE
Pur non essendoci l’obbligo di frequenza, tuttavia non è possibile sostenere l’esame
senza aver svolto le attività di laboratorio. Per venire incontro alle esigenze di eventuali
studenti lavoratori, si offre loro l’opportunità di svolgere le esperienze anche in momenti al
di fuori delle ore di lezione stabilite e si propone loro un aiuto per il recupero e
l’approfondimento.
Si cerca di avere particolare elasticità nell’attività di ricevimento, per venire incontro
alle esigenze di tempo ed alle necessità di approfondimento degli studenti.
Il Prof. Gianluca Galimberti riceve gli studenti, al di là delle ore previste, ogni qual volta
venga richiesto, in tempi ovviamente compatibili con le contestuali esigenze lavorative del
Docente.