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Esperimentazioni II

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Physics Laboratory II

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Anno accademico 2016/2017

Codice dell'attività didattica
MFN0550
Docenti
Prof. Stefania Beolè (Titolare del corso)
Prof. Michela Chiosso (Titolare del corso)
Prof. Riccardo Bellan (Titolare del corso)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
2° anno
Periodo didattico
Secondo periodo didattico Terzo periodo didattico
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
12
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Elettricità e magnetismo
Elettromagnetismo e Ottica
Electricity and Magnetism, Electromagnetism and optics
Propedeutico a
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Primo Modulo: Elettrotecnica

Fornire le nozioni fondamentali per l'analisi dei circuiti elettrici e per l'utilizzo di strumenti di laboratorio per la caratterizzazione e lo studio sperimentale di circuiti elettrici: tester, oscilloscopi analogici e digitali con FFT, generatori di funzioni, alimentatori stabilizzati, ponti RLC. Misure di comportamento di circuiti elettrici composti da resistenze, condensatori, induttanze, diodi e celle solari. Gli studenti apprendono l'uso ed i limiti della strumentazione elettronica di base necessaria per misure elettriche ed elettroniche.

Questo primo modulo comprende 9 esperienze da svolgere in laboratorio.

Secondo Modulo: Ottica e Fisica Moderna

Lo scopo del modulo è imparare ad 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 e riportandone le caratteristiche fondamentali sul logbook. Per l'analisi dati di ciascuna esperienza verrà fornita una traccia non vincolante. Si lascia allo sperimentatore la libertà di analizzare i dati al meglio, a seconda dell'esperienza e dei dati raccolti.

 

First Module: Electrotechnics

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, stabilizer power supplies, RLC bridges. Measurements of behaviour of electrical circuits composed by resistances, condensers, inductances, diodes and solar cells.
Students learn how to use and the limits of basic electronic instrumentation necessary for electrical and electronic measures.

This first module includes 9 experimental activities to be done in the laboratory.

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

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Risultati dell'apprendimento attesi

Acquisire la capacità di operare autonomamente nell'ambito di un'attività di tipo sperimentale e di approcciare in modo critico le esperienze di laboratorio. Al termine del corso gli studenti dovranno essere in grado di discutere e approfondire le esperienze svolte, 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 eventali sorgenti di errori sistematici e quotarne l'incidenza sul risultato finale.

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

Lezioni frontali introduttive:

richiamo di concetti di base, descrizione delle esperienze

ESERCITAZIONI IN LABORATORIO: 

sessioni interattive di 2 o 4 ore per lo svolginemto di ciascuna esperienza

analisi dei dati (svolta in autonomia e/o in laboratorio col supporto del docente)

 

 



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Modalità di verifica dell'apprendimento

Scritto + prova pratica e esame orale.

Il superamento dello scritto permette di accedere alla prova pratica, il cui risultato verrà discusso all'orale.

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

  I Modulo:

Uso dell' oscilloscopio e di altri strumenti di misura elettrica. Misura di parametri fondamentali: Resistenze, Capacità e Induttanze. Filtri e sviluppo in serie di Fourier. Caratteristica di diodi al silicio e led. Raddrizzamento di tensioni alternate. Caratteristica di una cella solare e rendimenti esempio di trasduttori e sua applicazione (estensimetri). Teoremi fondamentali dell'elettrotecnica e il calcolo simbolico per tensioni alternate sinusoidali.

Esperimenti:

1. Caratteristica di una lampadina e resistenza interna di strumenti di misura (amperometri e voltmetri)

2. Oscilloscopio e ciclo di isteresi

3. Rifasamento efiltri RLC

4. Caratteristica di diodi

5. Estensimetri, ponte di Wheatstone

6. Filtri circuiti RC

7. Pannello fotovoltaico

8. Caratteristica di un transistor BJT

9. Amplificatore a transistor: guadagno e banda passante

II Modulo

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 dell’indice di rifrazione del plexiglass (prisma)

  3. Misura dell'indice di rifrazione del vetro in funzione della lunghezza d'onda
  4. Misura del coefficiente di estinzione di un liquido, legge di Malus, reticolo, lamine

  5. Polarimetro di Laurent

  6. Taratura di uno spettroscopio e misura di lunghezze d’onda

  7. Interferometro di Michelson

  8. Determinazione della costante di Planck

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.

 

 

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.

 

Moden 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

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

Primo Modulo, Testi consigliati:

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

2. "The Analysis and design of Linear Circuits"; Roland E. Thomas, Albert J. Rosa, Gregory J. Toussaint; John Wiley & Sons

 

Secondo Modulo, Testi consigliati:

Testi di Fisica II in uso presso il corso di laurea: Mencuccini Silvestrini; Nigro Voci.

Fundamental of Optics, Jenkins & White

Explanations about experimental activities and solved exercises are available on internet in "Materiale Didattico".

First Module, suggested textbooks:

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

2. "The Analysis and design of Linear Circuits"; Roland E. Thomas, Albert J. Rosa, Gregory J. Toussaint; John Wiley & Sons

 

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)



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Orario lezioni

Lezioni: dal 12/01/2017 al 21/06/2017

Nota: Orario visualizzabile alla sezione "Orario lezione"

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Note

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Moduli didattici

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Ultimo aggiornamento: 12/04/2017 17:27