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Oggetto:
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Esperimentazioni II (corso A)

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Physics Laboratory II

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Anno accademico 2021/2022

Codice dell'attività didattica
FIS0112
Docenti
Prof. Michela Chiosso (Titolare del corso)
Prof.ssa Elisa Palazzi (Titolare del corso)
Maxim Alexeev (Titolare del corso)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
2° anno
Periodo didattico
Annuale
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
12
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Mista
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Una buona conoscenza del contenuto dei corsi di Esperimentazioni I e Introduzione alla programmazione è condizione necessaria per una corretta e completa comprensione del corso. È fortemente consigliata la frequentazione delle lezioni di Fisica 2 che si terranno nello stesso semestre del corso.
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.
Propedeutico a
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Scopo dell’insegnamento è far acquisire allo studente 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 l’autonomia di analizzare i dati al meglio, allo scopo di acquisire la capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica.

 

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. 

Per partecipare con profitto alla presa dati è indispensabile aver preparato l'esperienza in anticipo, studiando con attenzione l'apparato sperimentale.

 

First Module: Electrotechnics

The aim of the modul is to give the fundamental basics on electrical circuits analysis and the use of lab instruments for the characterization and experimental study on electrical circuits: :tester, analog and digital oscilloscope with FFT, function generators, LV power supplies, RLC bridges. Measurements of behaviour of electrical circuits composed by resistances, condensers, inductances, diodes, transistors and solar cells.
Students learn how to use and the limits of basic electronic instrumentation necessary for electrical and electronic measures.

 

Second Module: Optics and Modern Physics

The aim of the module is to learn to work autonomously in the laboratory, doing experimental activities which were fundamental in the history of Classical Physics, in particular in geometric and physical optics. The available instruments are based on the basic elements of Optics: lenses, prisms, interferometers, diffraction gratings, polarimeters. In addition it will be required to prove to have achieved the notions related to the analysis of data collected in the lab and to be able to use them to write a detailed report on the experimental work.

To take part in the data collection in the best way, it is indispensable to have planned the experimental work in advance, studying in detail the experimental set up and writing down its main features on the logbook. For the data analysis of each activity a suggested outline, not strictly binding, will be provided. The experimenter is left free to analyse the data in the best way he presumes, depending on the experimental work and the collected data

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

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. 

Lo studente deve 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 lo studente 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.

To acquire the capability to work autonomously with regard to an experimental activity and to critically approach the lab activities. At the end of the course the students must be able to discuss and scrutinize the experimental activities which has been done, proving to have acquired an adequate competence in the use of instrumentation, detailing the observed problems, the possibility of using a statistical approach in the data analysis, explaining the possible statistical error sources and assessing their effect on the final result.

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Modalità di insegnamento

Modalità mista: 

  • lezioni frontali 
  • sessioni in presenza in laboratorio (frequenza obbligatoria) per la realizzazione delle esperienze proposte
  • analisi dei dati (svolta in autonomia e in alcune sessioni col supporto del docente)

Link webex per le lezioni in streaming: Esperimentazioni II - Corso A

Il materiale didattico sarà disponibile sulla pagina moodle linkata in fondo.

 

Introductive class-taught lectures: recall of basic concepts, description of the experiences

PRACTICE EXERCISES IN THE LAB:  interactive sessions of 2 or 4 hours for the execution of each experience

Data Analysis (done autonomously and/or in the laboratory with the support of the professor)

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Modalità di verifica dell'apprendimento

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.

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.


Descrizione dettagliata delle modalità di esame si troverà sulla pagina moodle linkata in fondo.

Written and Oral/Practical examination.
The achievement of a passing grade during the written examination allows to attend the practical examination, whose result will be discussed during the Oral examination.

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Attività di supporto

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Programma

Elettrotecnica

Funzionamento e uso dell'oscilloscopio e di altri strumenti di misura elettrica. Misura di parametri fondamentali di circuiti elettrici: Resistenze, Capacità e Induttanze. Filtri RC e RCL. Caratteristica di diodi al silicio e led. Raddrizzamento di tensioni alternate. Caratteristica di una cella solare e rendimenti, caratteristica di un transistor BJT. Teoremi fondamentali dell'elettrotecnica e il calcolo simbolico per tensioni alternate sinusoidali.

Questa parte prevede lo svolgimento di 9 esperienze in laboratorio:

  1. Caratteristica di una lampadina e resistenza interna di strumenti di misura (amperometri e voltmetri)
  2. Oscilloscopio e ciclo di isteresi
  3. Circuiti RC
  4. Circuiti RCL
  5. Caratteristica di diodi
  6. Caratteristica di un transistor BJT
  7. Amplificatore a transistor: guadagno e banda passante
  8. Pannello fotovoltaico
  9. Esperienza con 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 di ritardo. Fisica Moderna: La costante di Planck.

Questa parte prevede lo svolgimento di 8 esperienze in laboratorio:

  1. Misura della distanza focale di una lente convergente e di una lente divergente
  2. Misura dell'indice di rifrazione in funzione della lunghezza d'onda, taratura dello spettroscopio
  3. Misura del coefficiente di estinzione di un liquido
  4. Verifica della legge di Malus, studio dello stato di polarizzazione di un’onda elettromagnetica
  5. Polarimetro di Laurent
  6. Interferometro di Michelson
  7. Studio di fenomeni di interferenza e diffrazione con fenditure singole e multiple
  8. Determinazione della costante di Planck



I Module:

Use of the oscilloscope and of electrical measurement instruments. Measurement of fundamental parameters: Resistors, capacitors and inductances. Filters and Fourier series developments. Characteristics of silicon diodes and LEDs. Rectification of alternating voltages. Characteristic of a solar cell and efficiency. Examples of transducers and their application (extensometers). Fundamental theorems in electrical engineering and symbolic calculation for alternating sinusoidal voltages.

 

Experiments:
1. Oscilloscope and hysteresis loop
2.Characteristic of a lamp, internal resistance of voltmeters
3. Power Factor Compensation and RLC filters
4. Characteristic of a Diode
5. Extensometers, Wheatstone bridge
6. Filters and circuits RC
7. Solar Cell
8. Characteristic of a transistor BJT
9. Transistor amplifier: gain and bandwith

 

II Module

Geometric optics: nature and propagation of light and geometric optics approximations, refractive index, reflection and refraction, total reflection, prisms, plane and spherical mirrors, spherical dioptre, thin lenses, system consisting in two thin lenses, generic centred dioptre system.

Physical optics:(the theory of these topics is dealt with in detail in the "Electromagnetism and Optics" course): Interference, diffraction, diffraction reticulum, polarization of light, Nicol prism, quarter wave and half wave plates.

Modern physics: Planck's constant.

 

Experiments:

1-      Measurement of the focal distance of a convergent and of a divergent lens

2-      Measurement of the refractive index of plexiglass (prism)

3-      Measurement of the refractive index of glass as a function of the light wavelenght

4-      Measurement of the extinction coefficient of a liquid, Malus law, reticulum, laminae

5-      Laurent Polarimeter

6-      Spectroscope calibration and measurement of wavelengths

7-      Michelson interferometer

8-       Determination of Planck's constant

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Ottica e Fisica Moderna, Testi consigliati:

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

 

Le schede delle esperienze ed esercizi risolti saranno disponibili sulla pagina moodle linkata in fondo.

 

Explanations about experimental activities and solved exercises are available on the Moodle page.

First Module, suggested textbooks:

  •  "Introductory Circuit Analysis"; Robert L. Boylestad; Pearson

 

Second Module, suggested textbooks:

Textbooks related to Physics II  courses (Electricity and Magnetism, Electromagnetism and Optics):

  • Mencuccini Silvestrini; Nigro Voci
  • Fundamental of Optics, Jenkins & White (English edition available)



Oggetto:

Note

Studenti con la prima lettera dell'alfabeto compresa tra A e K

Students with the first letter of the surname from A to K

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Ultimo aggiornamento: 30/06/2022 17:15
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