- Oggetto:
- Oggetto:
Esperimentazioni II (corso B)
- Oggetto:
Physics Laboratory II
- Oggetto:
Anno accademico 2021/2022
- Codice dell'attività didattica
- FIS0112
- Docenti
- Prof. Stefano Argirò (Titolare del corso)
Prof. Riccardo Bellan (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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- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
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.
Per partecipare con profitto alla presa dati è indispensabile aver preparato l'esperienza in anticipo, studiando con attenzione l'apparato sperimentale.
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.
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
- 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.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Modalità in presenza:
- Le lezioni frontali saranno in presenza. Solo ed esclusivamente per studenti seriamente impossibilitati a partecipare alle lezioni in presenza saranno anche trasmesse in streaming, senza registrazione, su webex;
- esercitazioni in Laboratorio (frequenza obbligatoria) per la realizzazione delle esperienze proposte;
- analisi dei dati svolta in autonomia e in alcune sessioni in streaming (webex) col supporto del docente e/o degli assistenti.
Link webex per le lezioni in streaming: Esperimentazioni II - Corso B
Se la situazione sanitaria dovesse aggravarsi, con conseguente sospensione della frequentazione delle aule, le lezioni potrebbero essere svolte a distanza tramite piattaforma webex.
Introductive class-taught lectures: recall of basic concepts, description of the experiences
Practical lab exercises: 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)
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
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.
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.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 moodle 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 .
Written examination, lab report and Oral/Practical examination.
Passing written the examination gives access to the practical examination, the result of which will be discussed during the oral examination.- Oggetto:
Attività di supporto
- Oggetto:
Programma
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
- Caratteristica di una lampadina e resistenza interna di strumenti di misura (amperometri e voltmetri)
- Oscilloscopio e ciclo di isteresi
- Filtri passa basso e passa alto con circuiti RC
- Filtri e rifasamento circuiti RLC
- Diodi: curva caratteristica e raddrizzamento semionda
- Caratteristiche di un transistor BJT
- Amplificatore con transistor BJT (emettitore comune)
- Pannello fotovoltaico
- 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
- Misura della distanza focale di una lente convergente e di una lente divergente
- Misura spettroscopica dell'indice di rifrazione del vetro in funzione della lunghezza d'onda
- Misura del coefficiente di estinzione di un liquido, legge di Malus, reticolo, lamine
- Misure di potere rotatorio di soluzioni tramite il Polarimetro di Laurent
- Esperimenti di interferenza e diffrazione e misure interferometriche.
- Interferometro di Michelson
- Determinazione della costante di Planck tramite effetto fotoelettrico.
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:
- Characteristic of a lamp, internal resistance of voltmeters
- Oscilloscope and hysteresis loop
- RC circuits
- RLC filters
- Characteristic of a Diode
- Characteristic of a transistor BJT
- BJT amplifier
- Solar cell
- Arduino
II Module
Geometrical 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- Spectroscopic measurement of the refractive index of glass as a function of the light wavelenght
3- Measurement of the extinction coefficient of a liquid, Malus law, reticulum, laminae
4- Polarization rotation power with the Laurent Polarimeter
5- Interference and diffraction and interferometric measurements.
6- Michelson interferometer
7- Determination of Planck's constant via photoelectric effect
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
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
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)
Introduction to Optics, F. Pedrotti- Oggetto:
Note
Studenti con la prima lettera del cognome compresa da L a Z
Students with the first letter of the surname from L to Z
- Oggetto: