DALL’OTTICA
GEOMETRICA AL TEM
VEDERE L’INVISIBILE
Laboratorio di fisica moderna
per il triennio dei Licei
Prof. Tiziana Segalini
Liceo Classico-Scientifico “Ariosto-Spallanzani”
Reggio Emilia
Documentaria 2007
Modena 7 settembre 2007
Modena,
DALL’OTTICA GEOMETRICA AL TEM 1
VEDERE L’INVISIBILE
Laboratorio di fisica moderna per il triennio dei Licei
Classe partecipante: IVB,
Liceo Scientifico “L.Spallanzani”,
Reggio Emilia
Insegnanti:
Tiziana Segalini,
Liceo “Ariosto
Ariosto-Spallanzani
Spallanzani”,
Reggio Emilia
Referente del laboratorio:
Dott Stefano Frabboni
Dott.
Dipartimento di Fisica
Università di Modena e Reggio
P i d per lla preparazione
Periodo
i
a scuola:
l
marzo-maggio ‘07
per il laboratorio in Università:
giugno ‘07
DALL’ OTTICA GEOMETRICA AL TEM 1
VEDERE L’INVISIBILE
Laboratorio di fisica moderna per il triennio dei Licei
Qualche precedente: al FestivalScienza di
Genova 2006 abbiamo visitato le mostre sul
Sincrotrone di Trieste e sul microscopio
elettronico
l tt i a scansione
i
(SEM)
(SEM).
Preparazione a scuola:
viene effettuata in aula e nel laboratorio
scolastico (circa 10 ore).
Utilizziamo materiale povero:
• un puntatore laser (λ~650nm), come
sorgente
g
• una fenditura singola, costruita con due
lamette da barba
• serie di reticoli di diffrazione, costruiti con
diapositive di reticoli disegnati e fotografati a
distanza.
Non abbiamo la possibilità di variare la luce,
ovvero la sua lunghezza d’onda: anche
utilizzando luce bianca scomposta forse non
avremmo avuto possibilità di fare
osservazioni rilevanti (scarsa sensibilità).
DALL’ OTTICA GEOMETRICA AL TEM 1
VEDERE L’INVISIBILE
Laboratorio di fisica moderna per il triennio dei Licei
Gli obiettivi principali a cui puntiamo in questa
fase sono:
•p
prendere confidenza con la diffrazione della
luce (meno familiare di quella del suono o
delle onde sull’acqua);
• introdurre la diffrazione degli elettroni
(dualismo onda-particella
onda particella, lunghezza d
d’onda
onda
associata ad una particella,…)
• capire quali grandezze e quali relazioni tra
loro sono importanti per il verificarsi della
diffrazione (dimensioni dell’ostacolo
dell ostacolo ~
lunghezza d’onda della luce);
• determinare come cambia la figura di
diffrazione con il variare delle dimensioni
dell’oggetto.
’
DALL’ OTTICA GEOMETRICA AL TEM 1
VEDERE L’INVISIBILE
Laboratorio di fisica moderna per il triennio dei Licei
Ciò ha portato ad alcune osservazioni
importanti:
• variando il passo del reticolo, si osserva che
la distanza tra i massimi della figura di
diffrazione è inversamente proporzionale al
passo del reticolo;
• l’analisi della figura di diffrazione della
singola fenditura ci permette
permette, con un modello
matematico semplice, di avere una stima
della larghezza della fenditura.
Quindi,
Q
i di in
i sintesi,
i t i sii nota
t la
l possibilità
ibilità di
“misurare” lunghezze molto piccole,
sia in modo assoluto nel caso della fenditura
singola,
sia in modo relativo nel caso del reticolo .
DALL’ OTTICA GEOMETRICA AL TEM 1
VEDERE L’INVISIBILE
Laboratorio di fisica moderna per il triennio dei Licei
IL LABORATORIO DIDATTICO allestito in
questo progetto ci ha fornito un’occasione
preziosa p
p
per allargare
g
il campo
p delle
esperienze oltre i limiti del nostro laboratorio
scolastico.
Marce in più:
• lezione qualificata sul microscopio ottico a
trasmissione e sul TEM;
• esperienze a piccolo gruppo che focalizzano
i vari aspetti della diffrazione della luce (figure
di diffrazioni di oggetti a simmetria più
complessa come i reticoli bidimensionali
• oppure diffrazione di luce di frequenze
differente
DALL’ OTTICA GEOMETRICA AL TEM 1
VEDERE L’INVISIBILE
Laboratorio di fisica moderna per il triennio dei Licei
Marce in più:
• possibilità di confrontare le figure di
diffrazione della luce laser su reticolo rotante
e degli elettroni su reticolo policristallino;
Confronto tra laser su
reticolo in rotazione e
elettroni su policristallo
• visita al TEM e conoscenza del suo utilizzo
in svariati campi di ricerca.
•
DALL’ OTTICA GEOMETRICA AL TEM 1
VEDERE L’INVISIBILE
Laboratorio di fisica moderna per il triennio dei Licei
Obiettivi raggiunti e ricadute didattiche:
• approccio più concreto (hands on)
all’argomento
g
diffrazione,, in g
generale,, e
conseguenti ricadute positive
sull’apprendimento di argomenti funzionali a
questo (lenti, costruzione dell’immagine …);
• maggiore interesse da parte degli studenti
studenti,
solitamente desiderosi di attività qualificate di
laboratorio;
• possibilità per gli studenti di elaborare in
modo proprio le relazioni intercorrenti tra
figure di diffrazione ed oggetti e, in
particolare,
• di confrontare la diffrazione della luce e
degli elettroni, rendendosi conto della natura
ondulatoria degli elettroni;
• il laboratorio è propedeutico allo studio della
per i ragazzi
g
di quarta
q
((magari
g
fisica moderna p
associato al laboratorio sull’effetto
fotoelettrico) oppure può farne parte
integrante, se viene sfruttato durante la
quinta classe.
classe
