Programma svolto nel corso di laboratorio di Fisica nella scuola

Programma svolto nel corso di laboratorio di Fisica nella scuola – TFA 2013
Obiettivo del corso è di fornire competenze teoriche e pratiche che aiutino il tirocinante a utilizzare il
laboratorio di fisica nel suo lavoro da insegnante.
A tal fine nel corso sono state mostrate molte esperienze laboratoriali di Fisica, senza richiamare la teoria
fisica sottostante che si è data per nota. Come supporto didattico è stato realizzato un sito sul quale sono
disponibili per il download le presentazioni utilizzate nelle lezioni e in generale riguardanti gli esperimenti
delle esercitazioni, il testo delle esercitazioni di laboratorio e altro materiale utile.
Per tutte le esperienze si è cercato di chiarire il funzionamento operativo delle stesse, cioè quel bagaglio di
conoscenze che servono nel passaggio fra l’idea teorica della legge che si vuole mostrare e la pratica, in cui
si ha a che fare con strumenti di misura, apparati di acquisizione dati e accorgimenti squisitamente tecnici
indispensabili nella pratica, si ha a che fare con oggetti che realizzano in modo approssimato l’apparato
fisico ideale che incarna la legge fisica da mostrare (ad es. massa puntiforme, sorgente puntiforme o a raggi
paralleli, moti senza attrito ecc.), si ha a che fare con diverse soluzioni possibili per realizzare la stessa
esperienza. Sono stati dati cenni sulle caratteristiche degli strumenti di misura e sugli elementi di base della
teoria degli errori. Un accenno anche alle problematiche poste dalla fisica di senso comune.
Il corso è stato svolto con due modalità: una parte con lezioni frontali ed esperienze dimostrative d’aula e
una parte con esercitazioni di laboratorio in cui i tirocinanti hanno eseguito gli esperimenti in laboratorio
con l’assistenza del docente.
Di seguito un elenco delle esperienze mostrate o proposte in laboratorio:
Elettrizzazione dei corpi, carica dell’elettroscopio per contatto e per induzione. Induzione totale e gabbia di
Faraday, elettroforo di Volta, effetto delle punte (mulinello elettrico, vento elettrico). Bilancia di Coulomb.
Macchina di Wimshurst (solo dimostrazione) e generatore di Van de Graaff.
Sensibilità dell’elettroscopio, elettroscopio condensatore di Volta e sua importanza per l’invenzione della
pila. Effetto magnetico della corrente elettrica, visualizzazione delle linee di forza del campo prodotto da un
filo, da una spira e da un solenoide. Campo prodotto da magneti permanenti in varie configurazioni. Misura
della forza su un filo percorso da corrente immerso in un campo magnetico. Forza elettromotrice indotta in
una spira che si muove (o viene deformata) in un campo magnetico e forza elettromotrice indotta per la
variazione del campo magnetico su una spira ferma. Misura della variazione totale del flusso concatenato
con una bobina estratta dalle espansioni polari di un magnete (e conseguente misura di B) per mezzo di un
sistema di acquisizione. Esperimenti per mostrare le correnti di Foucault: pendolo di Waltenhofen e discesa
di un magnete sul piano inclinato.
Misure con il calibro e il micrometro. Misura della costante di tempo della scarica di un capacitore su un
resistore, con metodo manuale e con sistema di acquisizione dati computerizzato.
Sintesi sottrattiva dei colori con i filtri, sintesi additiva dei colori con luci LED. Verifica delle leggi della
riflessione e della rifrazione con il disco di Hartle. Verifica della legge dei punti coniugati di una lente.
Disposizione di due lenti di opportuna lunghezza focale su banco ottico in configurazione tale da produrre
un cannocchiale o un microscopio. Misura della larghezza di una fenditura (o della lunghezza d’onda) per
mezzo della figura di diffrazione in luce monocromatica. Verifica della figura di diffrazione e interferenza
prodotta da due fenditure. Verifica della posizione degli ordini di un reticolo di diffrazione. Esperimenti
sulla riflessione e sulla rifrazione con materiale povero.
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Misura del calore specifico per mezzo del calorimetro delle mescolanze, misura dell’equivalente in acqua
del calorimetro. Verifica della legge di Boyle. Verifica della seconda legge di Gay Lussac (isocora). Misura
dell’equivalente meccanico della caloria. Dimostrazione dell’irreversibilità dei fenomeni macroscopici.
Onde longitudinali su una molla. Onde trasversali sulla “macchina per le onde”, osservazione della
dipendenza della velocità dell’onda dalla massa per unità di lunghezza, osservazione delle riflessioni agli
estremi e dove cambia la densità lineare. Onda stazionaria su una molla e su una corda. Determinazione
della velocità tramite la risonanza dell’onda stazionaria. Verifica della legge della velocità dell’onda sulla
corda con la radice della tensione della corda. Risonanza di due diapason, risonanza dei tubi aperti e chiusi.
Effetto doppler con altoparlante, figure di Chladni, interferenza delle onde sonore con il tubo di Quincke.
Verifica della composizione vettoriale delle forze. Determinazione del baricentro di una figura piana. Misura
del coefficiente d’attrito per mezzo del piano inclinato. Moto rettilineo uniforme con la bolla nel liquido.
Verifica della legge della composizione vettoriale delle velocità per mezzo del cannoncino balistico. Urti
elastici e anelastici. Dimostrazioni per il moto uniformemente accelerato: con la macchina di Atwood, con il
piano inclinato e con la caduta dei gravi. Verifica della legge F=ma con la rotaia a cuscino d’aria e sistema di
acquisizione. Il pendolo semplice: dipendenza del periodo dalle caratteristiche del pendolo (lunghezza,
massa, ampiezza) verificata con diversi metodi di misura. Determinazione della costante elastica della molla
con metodo statico e dinamico. Discesa di corpi di diversa forma su un piano inclinato. Conservazione del
momento angolare sullo sgabello: variazione della velocità angolare tramite variazione del momento
d’inerzia (pesi) e tramite variazione della distribuzione del momento angolare (ruota di bicicletta).
Materiale didattico di riferimento
Introduzione all’analisi degli errori, John R. Taylor;
Laboratorio di Fisica, N. Sestini, A. Sandrinelli;
materiale sul sito http://www.pls.uniroma2.it/TFA/INDEX.htm .
prof. Mauro Casalboni
dott. Giovanni Casini
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