Laboratorio di fisica generale

. –Laboratorio di fisica generale
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:
- 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.
- cenni alla distribuzione binomiale.
- cenni alla distribuzione di Poisson.
- 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.
- nella seconda parte del secondo periodo alle studentesse e agli studenti 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 propone inizialmente un pacchetto di circa 25 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 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 (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. 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.