Corso di laurea Triennale in Fisica (L - 30) PROGRAMMA dell’ insegnamento di Laboratorio di Fisica 2 (A-L) Anno di corso 2014-2015 Periodo Primo e Secondo (Corso Annuale) Settore scientifico-disciplinare FIS/01 CFU 12 Eventuali propedeuticità: Avere superato l' esame di Laboratorio di Fisica 1. Consigliato inoltre di avere superato l' esame di Fisica Generale 1 e 2. Nome del docente Salvatore Costa Obiettivi formativi: Eseguire correttamente misure di grandezze fisiche nel campo dell' elettromagnetismo e dell' ottica. Progettare semplici esperienze negli stessi campi. Analizzare correttamente i dati sperimentali. Programma del corso: LEZIONI I Ciclo 1. STRUMENTI DI MISURA, INCERTEZZE, ELABORAZIONE E ANALISI DEI DATI Misurazione di una grandezza fisica - Strumenti di misura tarati – Errori e incertezze sul risultato di una misura – Cifre significative e arrotondamenti – Rivisitazione delle procedure di elaborazione e analisi di dati sperimentali. 2. RICHIAMO DI CONCETTI E DEFINIZIONI DI ALCUNE GRANDEZZE ELETTRICHE Carica elettrica, campo elettrico e potenziale, corrente elettrica, resistenza e capacità elettrica – Loro unità di misura nel SI – Rete o circuito elettrico – Leggi di Kirchhoff – Differenza di potenziale e forza elettromotrice. 3. STRUMENTAZIONE ELETTRICA DI BASE Generatori di tensione e corrente ideali e reali – Resistenze variabili - Reostato e partitore di tensione. 4. MISURA DELLA INTENSITA’ DELLA CORRENTE ELETTRICA Effetti della corrente utilizzati negli strumenti per la misura della sua intensità Amperometri e galvanometri: resistenza interna e resistenza critica - Aumento della portata di un amperometro: resistenza di shunt – Cenni sul moto dell’ equipaggio mobile di un galvanometro. 5. MISURA DELLA CARICA ELETTRICA Galvanometro balistico - Misura della carica elementare e verifica della sua quantizzazione: esperienza di Millikan. 6. MISURA DELLA DIFFERENZA DI POTENZIALE O TENSIONE ELETTRICA Voltmetro ad assorbimento: resistenza interna - Variazione della portata di un voltmetro – Voltmetro elettrostatico - Misura della forza elettromotrice e della resistenza interna di una pila. 7. MISURA DELLA RESISTENZA ELETTRICA Metodo volt-amperometrico - Ohmmetro - Ponte di Wheatstone - Misura di una resistenza di alto valore mediante la scarica di un condensatore - Variazione della resistenza con la temperatura. 8. STRUMENTI ANALOGICI E DIGITALI Principi di funzionamento base - Tester e multimetro digitale. II Ciclo 1. TUBI ELETTRONICI E SEMICONDUTTORI Diodo e triodo a vuoto: principio di funzionamento e rilievo delle loro caratteristiche – Cenni sulla conduzione nei semiconduttori – Diodo a giunzione – LED - Transistor: rilievo delle caratteristiche a base comune e ad emettitore comune – Parametri di amplificazione – Conduttori gassosi: lampadina al neon – Oscillatore a denti di sega - Tubo a raggi catodici Oscillografo a raggi catodici e suo impiego. 2. MISURA DI CAMPI MAGNETICI E MOTO DI CARICHE ELETTRICHE Campo magnetico all’interno di un solenoide - Effetto Hall - Bobine di Helmholtz Deflessione di cariche elettriche in campi elettrici e magnetici - Misura del rapporto carica/massa dell’elettrone. 3. CIRCUITI ELETTRICI PERCORSI DA CORRENTE ALTERNATA Circuiti alimentati con tensioni alternate: principi generali - Analisi mediante i diagrammi vettoriali – Circuiti RLC in serie e in parallelo - Risonanza - Filtri passa-alto e passa-basso. III Ciclo 1. OTTICA GEOMETRICA Propagazione di onde elettromagnetiche nei mezzi - Misura della velocità della luce - Lenti sottili: misura di distanze focali. 2. OTTICA FISICA Sorgenti di luce - Spettro continuo e spettro di righe - Analisi spettroscopica di sorgenti nel visibile: spettroscopi a prisma e a reticolo - Potere risolutivo e potere dispersivo Esperienze con luce polarizzata: verifica sperimentale della legge di Malus, misura di concentrazione di soluzioni mediante un polarimetro. ESERCITAZIONI IN LABORATORIO I Ciclo 1. DETERMINAZIONE DELLA SENSIBILITA’ AMPEROMETRICA E DELLA RESISTENZA INTERNA DI UN GALVANOMETRO 2. DETERMINAZIONE DELLA COSTANTE BALISTICA DI UN GALVANOMETRO E MISURA DI CAPACITA’ INCOGNITE 3. COSTRUZIONE DI UN VOLTMETRO A DIVERSE PORTATE; MISURA DELLA RESISTENZA INTERNA E VARIAZIONE DELLA PORTATA DI UN VOLTMETRO 4. DETERMINAZIONE DELLA F.E.M. E DELLA RESISTENZA INTERNA DI UNA PILA CON IL METODO POTENZIOMETRICO 5. MISURA DI RESISTENZE CON IL METODO VOLT-AMPEROMETRICO 6. REALIZZAZIONE E TARATURA DI UN OHMETRO 7. MISURA DEL COEFFICIENTE DI TEMPERATURA DELLA RESISTENZA DI VARI MATERIALI 8. MISURA DI UNA RESISTENZA INCOGNITA CON IL PONTE DI WHEATSTONE 9. MISURA DI RESISTENZE DI VALORE ELEVATO MEDIANTE LA SCARICA DI UN CONDENSATORE 10. ESPERIENZA DI MILLIKAN II Ciclo 1. 2. 3. 4. RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI UN DIODO A VUOTO RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DI UN TRIODO RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI UN DIODO A GIUNZIONE RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DI UN TRANSISTOR CON BASE COMUNE 5. RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DI UN TRANSISTOR CON EMETTITORE COMUNE 6. REALIZZAZIONE E STUDIO DI UN OSCILLATORE A DENTI DI SEGA 7. MISURA DEL CAMPO MAGNETICO ALL’ INTERNO DI UN SOLENOIDE 8. TARATURA DI UNA SONDA DI HALL IN BISMUTO 9. ESPERIMENTI SUL COMPORTAMENTO DEI RAGGI CATODICI IN UN CAMPO ELETTRICO E IN UN CAMPO MAGNETICO MEDIANTE IL TUBO DI DEFLESSIONE 10. DETERMINAZIONE DEL RAPPORTO e/m DELL’ ELETTRONE MEDIANTE IL TUBO DI WEHNELT 11. RILIEVO DELLA CURVA DI RISONANZA DI UN CIRCUITO RLC SERIE 12. RILIEVO DELLA CURVA DI RISONANZA DI UN CIRCUITO LC PARALLELO 13. CURVE DI RISPOSTA A SEGNALI SINUSOIDALI DI UN CIRCUITO RC SERIE III Ciclo 1. MISURA DELLA VELOCITA’ DELLA LUCE 2. MISURA DELLA DISTANZA FOCALE DI UNA LENTE CONVERGENTE 3. DETERMINAZIONE DELLA DISTANZA FOCALE DI UNA LENTE DIVERGENTE 4. DETERMINAZIONE DELL' INDICE DI RIFRAZIONE DI UN PRISMA DI VETRO CON UNO SPETTROSCOPIO E MISURA DI LUNGHEZZE D' ONDA 5. MISURA DI LUNGHEZZE D' ONDA CON UNO SPETTROSCOPIO A RETICOLO DI DIFFFRAZIONE 6. VERIFICA DELLA LEGGE DI MALUS E MISURA DELLA CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE CON DUE POLAROIDI Attività didattiche previste: Tre cicli di lezioni in aula seguiti ciascuno da un ciclo di esperienze in Laboratorio. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: L' esame prevede la valutazione di 3 relazioni sulle esperienze eseguite in Laboratorio e una prova orale. Alla fine di ciascuno dei 3 cicli di esperienze in Laboratorio il docente assegna una esperienza a ogni studente. Lo studente dovrà redigere e inviare al docente entro un tempo stabilito dal docente (minimo 3 giorni lavorativi), esclusivamente per e-mail, una relazione sull' esperienza assegnata. I formati accettati sono: .doc, .docx, .pdf. E' ovvio che lo studente deve avere frequentato il Laboratorio e eseguito TUTTE le esperienze. Non è prevista la ri-esecuzione dell' esperienza assegnata. Dopo la fine di un ciclo di turni in Laboratorio, l' inizio del ciclo successivo di lezioni è ritardato, se necessario, di un numero di giorni appropriato a consentire la redazione di tali relazioni. La prova orale verte su tutti gli argomenti del corso e può inoltre includere una discussione specifica delle 3 relazioni. Criteri per l’attribuzione del voto finale: Media tra la votazione attribuita alle 3 relazioni (il che a sua volta avviene attribuendo un peso crescente alle seconda e alla terza relazione rispetto alla prima) e la valutazione della prova orale.