Corso di laurea in Fisica

Good familiarity with the main contents of the courses named Physics 2, Physics laboratory I, and Introduction to the programming language is required in order to properly understand this course.

Non sono previste propedeuticità. Tuttavia, gli argomenti trattati sono fondamentali per gli insegnamenti successivi che includono attività di laboratorio e in generale per una solida formazione sperimentale.

Scopo dell’insegnamento è far acquisire la capacità di operare autonomamente nell'ambito di un'attività di tipo sperimentale e di approcciare in modo critico le esperienze di laboratorio, che riguardano la caratterizzazione e lo studio sperimentale dei circuiti elettrici, dell’ottica geometrica, dell’ottica fisica e della fisica moderna. Per l'analisi dati di ciascuna esperienza viene fornita una traccia non vincolante. Si lascia allo studente e alla studentessa l’autonomia di analizzare i dati al meglio, allo scopo di acquisire la capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica.

Per partecipare con profitto alla presa dati è indispensabile aver preparato l'esperienza in anticipo, studiando con attenzione l'apparato sperimentale sulla base delle indicazioni fornite in classe.

Elettrotecnica

L’obiettivo è acquisire le nozioni fondamentali per l'analisi dei circuiti elettrici e per l'utilizzo degli strumenti di laboratorio necessari alla caratterizzazione e allo studio sperimentale dei circuiti elettrici: tester, oscilloscopi analogici e digitali, generatori di funzioni, alimentatori stabilizzati, ponti RLC. Gli studenti apprenderanno l'uso e i limiti della strumentazione elettronica di base necessaria per misure elettriche ed elettroniche per la caratterizzazione e lo studio sperimentale di circuiti elettrici composti da resistenze, condensatori, induttanze, diodi, transistor e celle solari. 

Ottica e fisica moderna

L’obiettivo è imparare a operare autonomamente in laboratorio svolgendo esperienze fondamentali nella storia della fisica classica, in particolare nell'ottica geometrica e fisica. Gli strumenti a disposizione sono basati sugli elementi fondamentali dell'ottica: lenti, prismi, interferometri, reticoli di diffrazione, polarimetri. Inoltre verrà richiesto di dimostrare di aver acquisito le nozioni relative all'analisi dei dati raccolti in laboratorio e di essere in grado di utilizzarli per stilare un resoconto dettagliato dell'esperienza. 

Conoscenza e comprensione

L’insegnamento, trattando o rivisitando argomenti di elettrotecnica, ottica e fisica moderna per presentarne poi la verifica sperimentale, permette di acquisire la capacità di operare autonomamente nell'ambito di un'attività di tipo sperimentale e di approcciare in modo critico le esperienze di laboratorio. 

Studenti e studentesse devono comprendere le modalità di funzionamento delle strumentazioni di laboratorio e della componentistica tipicamente utilizzata nelle esperienze proposte, nonché elaborare i dati acquisiti effettuando una corretta analisi statistica. La relazione di laboratorio rafforza le competenze computazionali, informatiche e di comunicazione scientifica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine dell'insegnamento, chi frequenta dovrà essere in grado di effettuare autonomamente misure di Laboratorio, dimostrando di aver acquisito adeguata competenza nell'uso della strumentazione, dettagliando i problemi riscontrati, la possibilità o meno di adottare un approccio statistico nell'analisi dei dati, spiegare le eventuali sorgenti di errori sistematici e quotarne l'incidenza sul risultato finale. Inoltre saprà comunicare i risultati in forma adeguata.

Elettrotecnica

Caratteristiche dei componenti elettrici fondamentali. Teoremi fondamentali dell'elettrotecnica e calcolo simbolico per tensioni alternate sinusoidali. Studio di circuiti notevoli: partitori, filtri passa basso/alto, passa banda e soppressore di banda, raddrizzatore, trasformatore, derivartore/integratore, amplificatore. Uso e funzionamento della strumentazione di misura: tester ed oscilloscopi. Misura di parametri fondamentali: resistenze, capacità e induttanza. Studio e misura dei componenti base di un circuito: resistenze, condensatori, induttanze, diodi al silicio e led, transistor BJT, celle solari. Introduzione all'analisi con ROOT e programmazione in C++.

 

Esperimenti

1. Caratteristica di una lampadina e resistenza interna di strumenti di misura (amperometri e voltmetri)
2. Oscilloscopio e ciclo di isteresi
3. Filtri passa basso e passa alto con circuiti RC
4. Filtri e rifasamento circuiti RLC
5. Diodi: curva caratteristica e raddrizzamento semionda
6. Caratteristiche di un transistor BJT
7. Amplificatore con transistor BJT (emettitore comune)
8. Pannello fotovoltaico
9. Arduino

 

Ottica e fisica moderna

Ottica geometrica: natura e propagazione della luce e approssimazioni dell'ottica geometrica,indice di rifrazione, riflessione e rifrazione, riflessione totale, prisma, specchi piani e sferici, diottro sferico, lenti sottili, sistema formato da due lenti sottili, sistema diottrico centrato generico.

Ottica fisica (la teoria di queste parti e' trattata piu' diffusamente nel corso di Elettromagnetismo e Ottica): Interferenza, diffrazione, reticolo di diffrazione, polarizzazione della luce, prisma di Nicol, lamine a quarto d'onda e a mezz'onda

Fisica Moderna: La costante di Planck.

 

Esperimenti

1. Misura della distanza focale di una lente convergente e di una lente divergente
2. Misura spettroscopica dell'indice di rifrazione del vetro in funzione della lunghezza d'onda
3. Misura del coefficiente di estinzione di un liquido, legge di Malus, reticolo, lamine
4. Misure di potere rotatorio di soluzioni tramite il Polarimetro di Laurent
5. Esperimenti di interferenza e diffrazione e misure interferometriche.
6. Interferometro di Michelson
7. Determinazione della costante di Planck tramite effetto fotoelettrico.

Modalità in presenza:

• Le lezioni frontali saranno in presenza, salvo aggiornamenti sui provvedimenti adottati da UniTo e disponibili sul sito "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo":
  • Parte di elettrotecnica: 40h
  • Parte ottica e fisica moderna: 20h
• esercitazioni in Laboratorio (frequenza obbligatoria) per la realizzazione delle esperienze proposte:
  • Parte di elettrotecnica: 18h
  • Parte ottica e fisica moderna: 30h
• analisi dei dati col supporto del docente e/o degli assistenti ed esercitazioni in aula su problemi:
  • Parte elettrotecnica: 8h
  • Parte ottica e fisica moderna: 10h

 

Per entrambi i moduli: esame scritto, esame dei report di laboratorio e prova pratica in laboratorio con esame orale. Il superamento dello scritto permette di accedere alla prova pratica, il cui risultato verrà discusso alla prova orale. L'esame si svolgerà in presenza, salvo motivate richieste come da regole di Ateneo ("Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo").

Ogni prova mira a valutare le competenze acquisite in differenti ambiti:

• esame scritto → competenze teoriche acquisite;
• esame elaborati → competenze in analisi e trattamento dei dati e della metodologia di lavoro;
• esame pratico → competenze pratiche e metodologia di lavoro specifica;
• esame orale → tutte le precedenti.

Regole generali

Al termine del primo semestre gli studenti frequentanti potranno sostenere l'esame sulla relativa parte. In tal caso, si potranno consegnare le relazioni delle prime 4 esperienze e sostenere uno scritto sugli esercizi relativi agli argomenti affrontati fino a quel momento. La validità delle relazioni è illimitata, mentre quella dello scritto parziale è limitata all'anno civile in cui è superato.
Tutti gli altri appelli d'esame prevedono la valutazione su tutto il programma del corso, ossia non è possibile sostenere solo la parte relativa al primo semestre.
In caso di superamento dello scritto, la validità del suo esito cesserà alla fine dell'anno civile in cui è stato superato. Attenzione: formulato il giudizio al termine della prova orale l'esame sarà considerato completato e qualsiasi altro atto, salvo la registrazione del voto, prevederà la ripetizione di tutte le prove d'esame.
In caso di ripetizione di una prova, il nuovo esito, nel bene e nel male, sostituisce il precedente.
Per gli studenti degli anni precedenti all’introduzione dei semestri continuano a valere le regole in vigore durante l’anno di frequentazione. Per maggiori dettagli vedi qui.

Prova scritta

Esercizi sugli argomenti trattati nell'insegnamento. La prova sarà divisa in due distinte parti, una sugli argomenti di elettrotecnica e una sugli argomenti di ottica e fisica moderna. Lo scritto per risultare superato deve essere sufficiente nelle due parti considerate separatamente. Al termine del primo semestre sarà possibile, per gli studenti frequentanti per la prima volta, sostenere un esonero sugli argomenti trattati durante il primo semestre.

Lo scritto ha durata di 2h complessive e non è consentito l'uso del formulario. L'usodella calcolatrice, non programmabile, è consentito.

Valutazione attività di laboratorio

Termini di consegna degli elaborati:

• I semestre: per avere accesso al bonus +10% sul voto delle relazioni consegnate, le relazioni delle prime quattro esperienze di laboratorio devono essere consegnate entro la mezzanotte del giorno antecedente il primo giorno di lezione del secondo semestre.
• Tutti gli altri appelli: gli elaborati dovranno essere tassativamente consegnati entro il giorno della prova scritta. La mancata consegna nei termini previsti implica la non ammissione alla prova pratica immediatamente successiva alla prova scritta di riferimento. Chi invece intendesse sostenere l'esame in sessioni future, è tenuto a consegnare gli elaborati entro il 31 luglio. Chi non consegnerà gli elaborati entro tale data avrà un malus -10% sul voto delle relazioni non consegnate in tempo.

Presa dati:

• Per ogni esperienza, ogni studente è tenuto ad avere un foglio di calcolo su Drive in condivisione con il docente. I dati raccolti andranno condivisi con il docente entro 24h dalla presa dati (+5% se condivisa entro le 24h, -5% per la mancata condivisione nei termini previsti).

Elaborati:

• Di ogni esperienza bisognerà redigere una breve relazione (max due pagine), in cui andrà riportata la componentistica specifica usata, la metodologia di analisi seguita, l'elaborazione dei dati, i risultati ottenuti ed i commenti ad essi. Le eventuali tabelle, se più lunghe di 5 righe, dovranno essere messe in appendice alla relazione (non entreranno nel computo delle due pagine).
• Le relazioni sono strettamente personali ed è richiesto uno sforzo individuale nella loro stesura. Le relazioni andranno caricate su drive entro i termini indicati nella sezione precedente.
• Alle relazioni verrà assegnato un giudizio (Ottimo/Distinto/Buono/Discreto/Sufficiente/Insufficiente) e saranno oggetto della prova orale.

Prova pratica

Il giorno della prova orale ad ogni candidato sarà assegnata una esperienza, scelta tra quelle oggetto del corso, che andrà svolta e portata a termine correttamente. La corretta esecuzione della prova pratica è indispensabile al superamento dell'esame. Per prepararsi al tale prova, al singolo studente è affidata la responsabilità di redigere il suo personale manuale delle esperienze di laboratorio (logbook), da scriversi giorno per giorno durante lo svolgimento del corso. È a discrezione del docente la presa in visione, in qualunque momento, del materiale redatto.

Ulteriori note:

Si raccomanda la lettura del documento redatto dalla Scuola di Scienze della Natura: https://www.scienzedellanatura.unito.it/it/tutorato/carta-della-valutazione .

 

Spiegazioni delle esperienze ed esercizi risolti sono disponibili in rete in "Materiale Didattico".

Testi consigliati per la parte di elettrotecnica:

• Introductory Circuit Analysis Robert L. Boylestad, editore Pearson.
• The Analysis and design of Linear Circuits, Roland E. Thomas, Albert J. Rosa, Gregory J. Toussaint, editore John Wiley & Sons.

Testi consigliati per la parte di ottica e fisica moderna:

• Testi di Fisica II in uso presso il corso di laurea: Mencuccini Silvestrini; Nigro Voci.
• Fundamental of Optics, Jenkins & White
• Introduction to Optics, F. Pedrotti

Studenti e studentesse con la prima lettera del cognome compresa da L a Z