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Oggetto:
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Esperimentazioni I B

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Physics Laboratory I B

Oggetto:

Anno accademico 2019/2020

Codice dell'attività didattica
FIS0108
Docenti
Prof. Marina Serio (Titolare del corso)
Prof. Stefano Camera (Titolare del corso)
Marco Monteno (Titolare del corso)
Dr. Antonio Amoroso (Assistente)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
1° anno
Periodo didattico
Annuale
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
12
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Doppia
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Il corso si sviluppa in parallelo al corso di Meccanica (II periodo didattico) e di Onde, Fluidi e Termodinamica (III periodo didattico) i cui contenuti sono importanti per la comprensione delle esperienze di laboratorio.
E' utile aver assimilato le tecniche di utilizzo del programma Mathematica presentate nel corso del I periodo didattico; inoltre puo' essere utile la capacita' di utilizzare gli strumenti matematici presentati durante i corsi matematici del I e II periodo didattico


The course is developed in parallel to Mechanics (II Lessons Period) and Waves, Fluids and Thermodinamics (III Lessons Period), whose topics are important for the understanding of the laboratory activities.
It is useful to have assimilated the techniques on how to use the software Mathematica presented during the course of the First Lessons Period; in addition, it can be useful to know how to use the mathematical tools presented during the mathematical courses of the First and Second Lessons Period.

Propedeutico a
Il corso e' propedeutico a tutti i successivi corsi di Laboratorio
The course is preparatory to all the following laboratory courses.
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Comprensione del carattere sperimentale della Fisica e della sua metodologia. Apprendimento dei metodi per la trattazione dei dati sperimentali, valutazione degli errori di misura per misure dirette ed indirette e verifica empirica di dipendenza funzionale tra due osservabili fisiche.

Understanding of the experimental nature of Physics and its methodology. Learning of the methods to deal with the experimental data, experimental errors analysis for direct and indirect measurements and empirical test of the functional dependence bewteen two physical observables.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacita' di comprensione (knowledge and understanding)

Il corso, rivisitando argomenti di fisica di base per presentarne poi la verifica sperimentale, permette di approfondire la conoscenza dei principi della Fisica Classica (meccanica, termodinamica, fluidi, onde).

Gli studenti devono comprendere le modalita' di funzionamento delle strumentazioni di Laboratorio tipicamente utilizzate nelle misure fisiche e i metodi statistici elementari per l'analisi dei dati sperimentali

Inoltre la necessità di analizzare i dati sperimentali e di redigere una relazione di laboratorio rafforza le competenze computazionali e informatiche

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

L’attività di laboratorio richiede innanzitutto la capacità di effettuare misure di Laboratorio e la capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica.

Soprattutto l'attività di laboratorio permette di imparare ad affrontare i problemi in nuovi contesti e di comprendere nuovi problemi riconoscendone gli aspetti essenziali; permette inoltre di progettare studi sperimentali e di analizzarne i risultati.ll corso, rivisitando argomenti di fisica di base per presentarne poi la verifica sperimentale, permette di conoscere meglio il metodo scientifico. Inoltre la necessità di analizzare i dati sperimentali rafforza le competenze computazionali e informatiche.

Gli studenti sviluppano altresì esperienza di organizzazione del proprio impegno personale e di lavoro di gruppo, anche assumendo responsabilità organizzative.

La necessità di scrivere la relazione dell'attività svolta, discutendo i risultati raggiunti, sviluppa la capacità di argomentare  e di trarre conclusioni con chiarezza e accuratezza,  sia in forma scritta che orale

L'attività di laboratorio, svolta anche in gruppo e con la necessità di adattarsi alle problematiche sperimentali, sviluppa  una mentalità flessibile, capace di affrontare problematiche sempre un po' diverse, che favorisce l'inserimento negli ambienti di lavoro.

upload_Nikon-related-disruptions-because-of-the-coronavirus-COVID-19.png  DIDATTICA ALTERNATIVA: Risultati dell'apprendimento attesi invariati

Knowledge and understanding

The course, reconsidering basic physical topics to present later the experimental test, let the student enhance his knowledge of the principles of Classical Physics (Mechanics, Thermodinamics, Fluids, Waves).

The students have to learn the working principles of the laboratory instruments tipically used in phisical measurements and the basic statistical methods for the analysis of the experimental data.

Furthermore the need to analyse the experiemental data and to edit a lab report enhances the computational and computer skills.

 

Applying knowledge and understanding

First of all lab activity requires the skill to take measurements in the laboratory and the skill to interpret the experimental data by a correct statistical analysis.

Lab activity especially allows to learn how to deal with problems in new contexts and to get to know new problems identifying their essential principles; it allows in addition to plan experimental studies and to analyse the results. The course, reconsidering topics of basic Physics to present later their experimental test, allows to better understand the scientific method. Furthermore the need to analyse the experimental data strengthen the computational and computer skills of the student.

The students also develop the skill to organize their personal task and team working skills, even assuming organizational responsibilities.

The necessity to write the report of the activity which has been done, discussing the achieved results, develops the capability to argue and to clearly summarize the conclusions, both in written and oral form.

Lab activity, done in group as well and characterized by the need to conform to the experimental issues, develops a flexible attitude, able to deal with issues always a bit different, which facilitates the inclusion in the job role

upload_Nikon-related-disruptions-because-of-the-coronavirus-COVID-19.png ALTERNATIVE TEACHING: The expected learning outcomes are unchanged.

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Modalità di insegnamento

Lezioni ed esercitazioni in aula; esercitazioni in laboratorio con tutorato per l'analisi dei dati sperimentali.

upload_Nikon-related-disruptions-because-of-the-coronavirus-COVID-19.png DIDATTICA ALTERNATIVA: Il corso è erogato in modalità a distanza per tutto il periodo di chiusura delle strutture didattiche dell'Università in relazione al DM "#IoRestoaCasa" con:

  • lezioni asincrone (registrate);
  • materiale didattico (slides, simulazioni e notebook python) pubblicato su moodle; 

comunicazione con gli studenti: email per domande di carattere personale e forum di moodle per domande di carattere generale; ricevimento via Webex 

Class-taught lessons and practice exercises; lab practice exercises associated with a Tutorial on the experimental data analysis.

upload_Nikon-related-disruptions-because-of-the-coronavirus-COVID-19.png ALTERNATIVE TEACHING: The course is taught through remote sessions for all the period in which the University is closed due to the Italian law: DM "#IoRestoaCasa". This remote teaching is performed through:

  • recorded classes;
  • material such as slides, simulations and python notebooks published on moodle platform; 

direct contact with students by means of emails for specific questions and moodle forum for more general questions; reception by Webex

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'apprendimento viene verificato progressivamente durante tutto il corso attraverso le risposte date a semplici schede, le relazioni delle esperienze ed attraverso la verifica della compilazione del logbook di laboratorio.

Ogni studente redige 4 relazioni individuali (due per il modulo I e due per il modulo II) che vengono via via corrette e restituite. La valutazione di queste relazioni entra nella valutazione complessiva ai fini dell’esame, la consegna entro i termini stabiliti è vincolante per poter sostenere l’esame.

L'apprendimento viene infine verificato attraverso la discussione orale delle relazioni redatte durante il corso, la verifica della conoscenza della fisica delle esperienze eseguite e dei contenuti teorici dei metodi di analisi dati presentati durante le lezioni in aula.

L'esame e' orale. 

upload_Nikon-related-disruptions-because-of-the-coronavirus-COVID-19.png Esami a Distanza. Sarà inoltre possibile la modalità telematica, qualora necessario,  in ottemperanza alle disposizioni contenute nel Decreto Rettorale rep. 1097/2020 del 20-03-2020. In tale caso l’esame sarà espletato in modalità orale tramite Webex: ogni appello verrà suddiviso in sessioni giornaliere, con una calendarizzazione stabilita in accordo con gli studenti iscritti all’appello

Learning is verified progressively throughout the course through responses given to simple forms, experience reports, and verification of compilation of the lab logbook.

Each student draws up 4 individual reports (two for Module I and two for Module II) that are corrected and returned to students for revision. Evaluation of these reports enters the overall evaluation for the purpose of the examination, delivery within the time allowed is binding in order to take the exam.

Learning is finally verified through the oral discussion of the reports written during the course, the verification of the knowledge of the physics of the experiments performed and the theoretical contents of the data analysis methods presented during classroom lessons.

The exam is oral. 

upload_Nikon-related-disruptions-because-of-the-coronavirus-COVID-19.png REMOTE EXAMINATION . It will also be possible the telematic method, if necessary, in compliance with the provisions contained in the Rectoral Decree rep. 1097/2020 of 20-03-2020. In this case, the exam will be conducted orally via Webex: each round will be divided into daily sessions, with a schedule established in accordance with the students enrolled in the round

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Attività di supporto

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Programma

Lezioni in aula

Il metodo sperimentale: confronto teoria-esperimento. Errori sistematici ed errori casuali.

Valutazione dell’errore casuale nel caso di una singola misura. Variabili stocastiche, misure ripetute e valor medio empirico. Valutazione dell’errore nel caso di poche misure e di molte misure; distribuzione gaussiana e sue proprietà, distribuzione della variabile valor medio empirico.Significato statistico dell’errore; cifre significative. Test di confronto fra valore sperimentale e valore atteso e test di compatibilità fra misure sperimentali diverse nel caso di campioni piccoli e grandi. Correlazione fra grandezze fisiche e verifica dell’esistenza di una dipendenza funzionale: metodo dei minimi quadrati e test del Chi-quadro. Test di Student. Distribuzioni derivate. Coefficiente di correlazione lineare e suo utilizzo. Cenni all'analisi della varianza

Esercitazioni in laboratorio

Misure di grandezze fisiche e realizzazione di esperimenti di fisica classica con trattazione dei dati raccolti.

upload_Nikon-related-disruptions-because-of-the-coronavirus-COVID-19.png DIDATTICA ALTERNATIVA: Programma invariato

Classroom-taught lessons

The experimental method: comparison theory-experiment. Systematic and random errors.

Evaluation of random error in the single measurement case. Stochastic variables,  Variabili stocastiche, repetitions of measurements and empirical average value. Evaluation of error for few and several measurements cases; gaussian distribution and its properties, distribution of the empirical average value variable. Statistical meaning of the error; significant figures. Comparison test bewteen experimental value and expected value and compatibility test between experimental measurements different in the case of small and big cross-section. Correlation between physical quantities and test of the existence of a functional dependence: method of least squares and chi-squared test. Student test. Derivative distributions. Linear Correlation Coefficient and its use. . Coefficiente di correlazione lineare e suo utilizzo. Brief explanation about Variance Analysis.

Practice Exercises in laboratory

Mesurements of physical quantities and fulfillment of experiments about Classical Physics with further discussion over the achieved data.

upload_Nikon-related-disruptions-because-of-the-coronavirus-COVID-19.png ALTERNATIVE TEACHING: The program is unchanged

Testi consigliati e bibliografia

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Testi di interesse per il corso:

  1. G. Cannelli - Metodologie sperimentali in Fisica - EdiSES
    ed anche
  2. Taylor - introduzione alla teoria dell'errore - Zanichelli
  3. Garfagnini - Appunti delle lezioni del corso di Esperimentazioni di Fisica IB (a.a.2001-2002) - CLU (reperibile anche nella Biblioteca di Fisica)
  4. Filatrella - Elaborazione statistica dei dati sperimentali - EdiSESR.
  5. Piazza - I capricci del caso -Springerv

Textbooks of interest for the course (here indicated in Italian or translated in Italian):

  1. G. Cannelli - Metodologie sperimentali in Fisica - EdiSES
    as well as
  2. Taylor - introduzione alla teoria dell'errore - Zanichelli (see Taylor - Introduction to error analysis)
  3. Garfagnini - Appunti delle lezioni del corso di Esperimentazioni di Fisica IB (a.a.2001-2002) - CLU (reperibile anche nella Biblioteca di Fisica)
  4. Filatrella - Elaborazione statistica dei dati sperimentali - EdiSESR.
  5. Piazza - I capricci del caso -Springerv



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Orario lezioni

Lezioni: dal 11/11/2019 al 05/06/2020

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Note

Il materiale didattico  (in comune con il corso A) viene reso di anno in anno disponibile sulla pagina Moodle.

Le indicazioni sugli obiettivi e  sul programma dei singoli moduli sono reperibili nelle rispettive pagine

Frequenza: fortemente consigliata per le lezioni ed obbligatoria per i laboratori (con particolari accorgimenti per permettere la frequenza agli studenti lavoratori)

AVVISO: e' obbligatorio iscriversi al corso di Esperimentazioni I sulla pagina Campusnet. Per utilizzare il materiale didattico e' necessario iscriversi al modulo sulla pagina Moodle. Attraverso Moodle verra' messo a disposizione il materiale presentato a lezione e verranno indicati i compiti da svolgere durante il corso; la loro valutazione contribuira' alla determinazione del voto finale.

Utilizzare il materiale presente nella pagina Moodle

AVVISO: sono disponibili le registrazioni delle lezioni di Esperimentazioni I - A (calendario quadrimestri) e gli 
audiocommenti delle slide di Esperimentazioni I - B (calendario semestri)
sul sito: https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/ 

(Dipartimento di Fisica, nella sezione I Anno della Laurea Triennale))

The educational material  (shared with the course A) is annually updated and uploaded on the website Moodle.

Indications on the targets and the programme of the single modules are available on the respective webpages.

Attendance: strongly suggested for the classroom-taught lessons and mandatory for the lab activities (with special attention given to student workers to let them attend the lab).

NOTE: it is mandatory to register for the Physics Laboratory I class on the page Campusnet. To use the educational material it is necessary to register for the module on the webpage Moodle. The topics presented during the lectures will be available on Moodle and on the same page the homeworks given during the classes will be specified; their evaluation will contribute to the final grade.

Use the material available on the webpage Moodle.

ADDITIONAL  NOTE: the video recordings of the lessons of Physical Laboratory IA and
audiocomments of slides of Physical Laboratory IB are available on the website:
https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/ 

(Phys. Department, into section First year of Laurea Triennale))

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Ultimo aggiornamento: 30/09/2020 12:52