Laboratorio di fisica generale

. –Laboratorio di fisica generale
PROFF. ERNESTO TONNI; MARCO MAIANTI
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:
- 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 tre esperienze fra:
 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.
- Cenni alla distribuzione binomiale.
- Cenni alla distribuzione di Poisson.
- Cenni ai test per le distribuzioni di probabilità
- Nozioni base di software di analisi dati.
- Laboratorio (prima parte) – due esperienze fra:
 Esperienza sulla conservazione della quantità di moto.
 Esperienze sul momento di inerzia e conservazione del momento
angolare.
 Esperienze sul moto armonico/ 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.
- Laboratorio (seconda parte): vengono proposte attività di ricerca con
realizzazione di esperimenti in laboratorio e approfondimenti teorici su uno dei
seguenti argomenti (cui se ne possono aggiungere altri concordati con gli
studenti stessi):
 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 due unità.
La prima unità prevede un iniziale pacchetto di ore con lezioni frontali sulla teoria degli
errori, seguita da una presentazione delle esperienze e del software utilizzato per il lavoro in
laboratorio.
Successivamente, 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 è di indirizzo e confronto sui problemi che emergono o sui
risultati ottenuti, con molta attenzione allo sviluppo della capacità di autonomia risolutiva
degli studenti.
Nella prima parte della 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.
La seconda parte della seconda unità 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 scegliere una attività. 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 si basa sui seguenti elementi: una prova orale sulla parte di teoria degli
errori; la presentazione e la discussione delle relazioni di laboratorio; la presentazione
attraverso strumenti multimediali (tipo 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. I
docenti possono ricevere gli studenti, al di là delle ore previste, compatibilmente con i vari
impegni e concordando o direttamente con essi o via email.