Metodi didattici

Fisica 3: Lezioni frontali ed esercitazioni Laboratorio di Fisica 3: Lezioni frontali e attività di laboratorio in gruppi di lavoro formati da un singolo studente

Teaching Methods

Physics 3: Frontal lectures in lecture-hall with informatic supports and excersises Physics 3 Laboratory: Frontal lectures in lecture-hall with informatic supports and experiments in laboratory in single student working groups

Verifiche dell'apprendimento

L’insegnamento prevede un esame finale unico relativo ai due moduli di Fisica 3 e di Laboratorio di Fisica 3 L’esame consiste, per la parte di laboratorio, nella presentazione di una tesina, dedicata all’approfondimento individuale di uno degli esperimenti eseguiti in laboratorio, e in una prova orale sull’intero programma del modulo di Fisica 3 e di Laboratorio di Fisica 3 con discussione della tesina. La tesina va consegnata almeno 15 giorni prima della prova orale. Ogni studente verrà esaminato da almeno 2 componenti della Commissione e sarà tenuto a rispondere ad almeno 3 domande inerenti gli argomenti illustrati nel programma e nella tesina. Per il superamento dell’esame lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito al minimo una conoscenza sufficiente su ciascuno degli argomenti trattati. La valutazione finale terrà conto del livello di conoscenza dei contenuti, delle capacità espositive e di ragionamento dimostrate nella discussione condotta sugli argomenti richiesti

Assessment

The teaching should include a unique exam relating to the two modules of Physics 3 and Physics 3 Laboratory The exam consists, for Physics 3 Laboratory, in a presentation of an original manuscript regarding the individual mastering of one of the experiments carried out in the laboratory and an oral examination about the whole program of Physics 3 and of Physics 3 Laboratory integrated with the manuscript discussion. The manuscript must be completed and delivered to the teacher at least 15 days before the oral examination. Each student will be examined at least by two members of the commission and will be asked to answer at least 3 questions relative to program and original manuscript subjects. To be successful the student must show that he has acquired  a sufficient knowledge about each discussed  subject. The final valuation will consider the subject knowledge level, the  expositive abilities and the reasoning  capabilities that  the student will show in the discussion of the  requested subjects

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 869/1 - FISICA III ------------------------------------------------------------ Radiazione termica e la teoria classica della radiazione in cavità - legge di kirchhof, i risultati della termodinamica classica - leggi di Stefan-Boltzman, di Wien, legge di Rayleigh-Jeans - l'interpretazione di Plank - Effetto fotoelettrico: il punto di vista classico e l'interpretazione di Einstein - Effetto Compton: i processi d'urto fra fotoni e particelle - Gli spettri atomici - La teoria atomica di Bohr e l’interpretazione dello spettro dell’idrogeno - Esperimento di Davidson e Germer - Dualismo onda-particella - Postulato di De Broglie e proprietà ondulatorie delle particelle - Teoria di Scroedinger per l'atomo ad un elettrone - Interpretazione di Born della funzione d’onda e postulati della meccanica quantistica - Principio di sovrapposizione e di complementarietà - Esperimento di Stern e Gerlach - - Momento orbitale, di spin e momento angolare totale - Interazione Spin-orbita - Transizioni e regole di selezione Invarianza galileiana ed equazioni di Maxwell - Gli esperimenti sulla presenza dell'etere - I postulati di Einstein: simultaneità - Dilatazione del tempo - Contrazione delle lunghezze - Il gruppo di Lorentz ristretto - ------------------------------------------------------------ Modulo: 869/2 - LABORATORIO DI FISICA III ------------------------------------------------------------ Laboratorio Fisica 3: Verranno descritti in aula e poi realizzati in laboratorio alcuni esperimenti che hanno portato alla crisi della Fisica classica richiamandone anche i concetti di base. Gli esperimenti riguarderanno la radiazione di corpo nero, l’effetto fotoelettrico, la determinazione della carica specifica dell’elettrone, i potenziali critici di un atomo, la serie Balmer dell’atomo di idrogeno, la velocità della luce in aria. I dati ottenuti dai vari esperimenti, una volta elaborati e interpretati, saranno oggetto di una tesina da presentare quindici giorni prima dell’esame al docente. PROGRAMMA: Introduzione al corso e obiettivi. Notizie di base su: - sull’effetto fotoelettrico e sulla teoria dei fotoni di Einstein e descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio - sulla radiazione di corpo nero relativamente alla teoria classica, alla teoria di Planck e alle esperienze di Lummer e Pringsheim; descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio; il prisma come elemento disperdente; i rivelatori ottici - sulla carica specifica e/m dell’elettrone e sua determinazione ; descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio -sui potenziali critici di un atomo e sulla loro determinazione attraverso un set-up sperimentale progettato da Hertz; descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio; richiami sul funzionamento di un oscilloscopio, sulla resistenza interna di amperometri e voltmetri - sulla serie Balmer dell’atomo di idrogeno e sulla determinazione della costante di Rydberg attraverso un set-up sperimentale dotato di uno spettrometro digitale a reticolo; descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio; richiami sul principio di funzionamento di una fibra ottica, di un reticolo di diffrazione, di un CCD -sulla velocità della luce e sua determinazione in aria; descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio; richiami sul principio di funzionamento di un oscilloscopio, di un LED, di un fotodiodo. di una lente di Fresnel, di un retroflector Esperienze di laboratorio: -Esecuzione dell’esperienza di Millikan sull’effetto fotoelettrico -Esecuzione dell’esperienza di Lummer e Pringsheim sullo spettro di radiazione di corpo nero -Esecuzione dell’esperienza atta a determinare la carica specifica dell’elettrone -Esecuzione dell’esperienza per la determinazione dei potenziali critici dell’atomo di elio -Esecuzione dell’esperienza per l’osservazione delle righe spettrali della serie Balmer dell’atomo di H e la determinazione la costante di Rydberg R. -Esecuzione dell’esperienza per la determinazione della velocità della luce in aria

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 869/1 - FISICA III ------------------------------------------------------------ - Thermal radiation and the classical theory of cavity radiation - kirchhof law, the results of classical thermodynamics - Stefan-Boltzman, Wien, Rayleigh-Jeans law - Interpretation by Plank - Photoelectric effect: the classical point of view and Einstein’s interpretation - Compton effect: photon-particle collision processes - The atomic spectra - Bohr’s atomic theory and the interpretation of the hydrogen spectrum - Experiment by Davidson and Germer - Wave-particle dualism - De Broglie postulate and wave properties of particles - Scroedinger theory for the one-electron atom - Born’s interpretation of the function wave and postulates of quantum mechanics - Principle of overlap and complementarity - Experiment by Stern and Gerlach - Orbital momentum, spin and total angular momentum - Spin-orbit interaction - Transitions and selection rules. Galilean invariance and Maxwell’s equations - Experiments on the presence of the ether - Einstein’s postulates: simultaneity - Time dilation - Length contraction - The restricted Lorentz group - Minkowski’s tensorial calculation in time space - Relativistic Kinematics - Energy and Mass - The electromagnetic field in covariant form. ------------------------------------------------------------ Modulo: 869/2 - LABORATORIO DI FISICA III ------------------------------------------------------------ Physics 3 Laboratory: Some experiments that led to the crisis of classical Physics will be described in the classroom and then carried out in the laboratory, also recalling the basic concepts. The experiments will concern the blackbody radiation, the photoelectric effect, the determination of the electron specific charge, the critical potentials of an atom, the Balmer series of the hydrogen atom, the speed of light in air. Once processed and interpreted, the data obtained from the various experiments will be the subject of a report to be presented fifteen days before the exam to the teacher. PROGRAM : Introduction to the course and objectives Basic notes about: - about the photoelectric effect and the photon theory of Einstein and description of the experiment to perform in laboratory - about the black body radiation in relation to the classic theory, to the theory of Planck and to the experiments of Lummer and Pringsheim; description of the experiment to carry out in laboratory; the prism like dispersion element; the optical detectors - about the electron specific charge e/m and its determination; description of the experiment to perform in laboratory -about the critical potentials of an atom and their determination by means of an experimental set-up designed by Hertz; description of the experiment to carry out in laboratory; recalls about the operation of an oscilloscope and about the internal resistance of ammeters and voltmeters - about the Balmer series of the hydrogen atom and the determination of the Rydberg constant through an experimental set-up equipped with a digital grating spectrometer; description of the experience to be performed in the laboratory; recalls to the principle of operation of an optical fiber, a diffraction grating, a CCD -about the speed of light and its determination in air; description of the experience to be performed in laboratory; recalls on the operating principle of an oscilloscope,of a LED, of a photodiode. of a Fresnel lens, of a retroflector. Laboratory experiments: - Execution of the Millikan experiment about the photoelectric effect - Execution of the Lummer and Pringsheim experiment about the black body radiation spectrum -Execution of the experiment for determining the electron specific charge e/m - Execution of the experiment for determining the helium atom critical potentials -Execution of the experiment for observing the spectral lines of the Balmer series of the hydrogen atom and for the determination of the Rydberg R constant. -Execution of the experience for the determination of the speed of light in air