ITALIANO

Grandezze fisiche e metodi sperimentali: progettazione e realizzazione di esperimenti per la misura di grandezze fisiche e la verifica quantitativa di leggi e modelli.
Elementi di analisi dati: principi di statistica, distribuzione di probabilità, stima dei parametri, valutazioni delle incertezze e test di significatività.
Acquisizione, interpretazione e comunicazione dei risultati: raccolta ed elaborazione di dati sperimentali, organizzazione e presentazione dei risultati, discussioni scientifiche.
Strumentazione e metodologia di misura; principi di funzionamento, criteri di scelta e utilizzo consapevole di strumenti per misure elettriche, magnetiche e ottiche.
Esperienze di laboratorio: realizzazione di esperimenti di elettromagnetismo e ottica, con studio di circuiti in regime continuo e alternato, del moto degli elettroni in campi elettrici e magnetici e dei fenomeni ondulatori della luce.

Introduzione alla esperimentazione fisica, M.Severi.
Il laboratorio di fisica vol. 2 , V. Canale , P.Iengo, Ed. Edises
Statistics for nuclear and particle physicists, L. Lyon

Il corso è finalizzato allo sviluppo di competenze avanzate nell’ambito della fisica sperimentale, con particolare attenzione al rapporto tra teoria, modellizzazione ed evidenza sperimentale. Verranno approfondite le metodologie di progettazione e realizzazione di apparati sperimentali applicati allo studio di fenomeni selezionati di elettromagnetismo e ottica. Le attività didattiche privilegiano l’esperienza di laboratorio e l’acquisizione di rigorose pratiche sperimentali. Particolare rilievo è attribuito alla comunicazione dei risultati scientifici mediante relazioni scritte e presentazioni multimediali, nonché allo sviluppo delle capacità di lavoro in gruppo. Il corso fornirà infine competenze nell’utilizzo di metodologie avanzate per l’analisi dei dati sperimentali, sviluppate mediante esercitazioni numeriche e attività applicative

Prerequisiti per seguire il corso con profitto sono:
- una buona conoscenza dell’analisi matematica e della meccanica classica
- conoscenze di base di metodi numerici

Lezioni frontali: 40 ore Laboratorio: 105 ore
La frequenza del corso è obbligatoria. Ogni esperimento deve essere documentato in una relazione scritta.

La valutazione si basa su un test orale e le relazioni di laboratorio. Il test orale consiste in una presentazione di un esperimento e un colloquio di circa 60 minuti e potrà riguardare tutti gli argomenti trattati a lezione.
Una valutazione sufficiente è ottenuta attraverso una conoscenza completa del programma. La valutazione massima è ottenuta mostrando la capacità di affrontare in autonomia lo studio di semplici casi basandosi sulle conoscenze acquisite nel corso.

ANALISI STATISTICA DEI DATI SPERIMENTALI
Richiamo delle nozioni fondamentali di statistica e analisi dati. Distribuzioni di probabilità e di densità di probabilità: binomiale, di Gauss, di Poisson, del chi2. Stima di parametri: minimi quadrati e massima verosimiglianza. Stima delle incertezze sulle stime di parametri. Covarianza e matrice degli errori. Test di ipotesi. Test del chi2.
STRUMENTAZIONE E METODI SPERIMENTALI DI BASE IN ELETTROMAGNETISMO E OTTICA
Reti elettriche in corrente continua, leggi e teoremi sui circuiti, metodi di soluzione dei circuiti. Misure di corrente, tensione, resistenza. Strumenti analogici e digitali. Amperometro a bobina mobile. Misure in corrente alternata; oscilloscopio. Grandezze dipendenti dal tempo. Impedenza complessa e metodo simbolico per la soluzione dei circuiti in corrente alternata. Generalizzazione delle leggi ai circuiti in CA. Circuiti RC, RL, RLC.
Teslametro a effetto Hall. Cannoni elettronici e tubi a vuoto.
Richiami ed approfondimenti di Ottica Geometrica e Fisica. Interferometro di Michelson; esperimento di Michelson-Morley. Cenni sull’uso di interferometri come antenne gravitazionali. Polarizzazione della luce e attività ottiche di soluzioni zuccherine. Telescopi e ingrandimenti ottici di fasci di luce gaussiani.
Cenni sul funzionamento di Laser, LED e fotodiodi.
ESPERIENZE DI LABORATORIO
1) Misura della resistenza elettrica con il metodo voltamperometrico.
2) Misure di resistenze tramite Ponte di Wheatstone.
3) Calibrazione di una resistenza NTC per misure di temperature.
4) Misura della costante di tempo di un circuito RC e RL con un’onda quadra e in regime sinusoidale.
5) Studio della curva di risonanza di un circuito RLC.
6) Studio dell’interazione elettrostatica mediante una bilancia di torsione.
7) Misura di e/m con un tubo di Thompson.
8) Misura della carica elettrica dell’elettrone: esperimento di Millikan.
9) Determinazione dell’induttanza di un solenoide mediante mappatura del campo magnetico
10) Studio della curva caratteristica I/V di un diodo a vuoto.
11 )Misure di spostamenti su scala submicrometrica mediante interferometro di Michelson.
12) Misura della velocità della luce con una sorgente di luce pulsata.
13) Verifica della legge di Malus e misura dell’attività ottica di una soluzione zuccherina.
14) Misura dell’ingrandimento di un fascio laser con un telescopio galileiano mediante il metodo del coltello.

Italian

Physical quantities and experimental design: design and implementation of experiments for the measurement of physical quantities and the quantitative verification of physical laws and models.
Elements of data analysis: principles of statistics, probability distributions, parameter estimation, uncertainty evaluation, and significance tests.
Data acquisition, interpretation, and communication of results: collection and processing of experimental data, organization and presentation of results, and scientific discussion.
Measurement instrumentation and methodologies: operating principles, selection criteria, and appropriate use of instruments for electrical, magnetic, and optical measurements.
Laboratory experiments: implementation of experiments in electromagnetism and optics, including the study of circuits under DC and AC conditions, electron motion in electric and magnetic fields, and wave phenomena of light.

Introduzione alla esperimentazione fisica, M.Severi,
Il laboratorio di fisica vol. 2 -Circuiti elettrici-Elettromagnetismo
V. Canale , P.Iengo
Edises
Statistics for nuclear and particle physicists, L. Lyon
Varios handbooks of the equipment used.

The course is designed to develop advanced competencies in experimental physics, with particular emphasis on the relationship between theory, modeling, and experimental evidence. Students will explore the methodologies involved in the design and implementation of experimental setups for the investigation of selected phenomena in electromagnetism and optics. A significant portion of the course is devoted to laboratory activities and the acquisition of rigorous experimental practices. Particular attention is also given to scientific communication through the preparation of written reports and multimedia presentations, as well as to the development of teamwork and collaborative skills. Finally, the course provides training in advanced methods for the analysis of experimental data, developed through numerical exercises and hands-on applications.

Prerequisiti per seguire il corso con profitto sono:
- una buona conoscenza dell’analisi matematica e della meccanica classica
- conoscenze di base di metodi numerici

The course is based on 40 hours of lectures and 105 hours of laboratory activity. Attending lectures and laboratory is mandatory. Each experiment shall be documented in a written report.

The assessment of the competence of students will be based on an oral test and the evaluation of the laboratory reports. The oral test will consist in an interview (approx. 60 min) on the contents of the course program.
A good knowledge of the course programme is required to pass the examination. The maximum rating requires the ability of facing cases not explicitly included in the program, but fully approachable with the provided information.

STATISTICAL ANALYSIS OF EXPERIMENTAL DATA
Basic concepts in statistics and data analysis. Distributions: binomial, Gauss, Poisson, chi2. Parameter fitting: least squares and maximum likelihood. Uncertainty on the estimate of parameters. Covariance and error matrix. Hypothesis tests: chi2 test.
BASIC INSTRUMENTS AND EXPERIMENTAL METHODS IN OPTICS AND ELECTROMAGNETISM
Electric circuits in continuous and alternate current. Study of simple electric circuits. Current and voltage measurements: amperometer and oscilloscope. Symbolic method for electric circuits in sinusoidal regime. RL, RC, and RLC circuits.
Hall effect Teslameter. Vacuum tubes and electronic gun.
Optics: Michelson interferometer. The Michelson- Morley experiment. Outline of the use of interferometers as gravitational antennas. Notes on laser, LED and photodiode.
EXPERIMENTAL PRACTICE
1) Measurement of an electric resistance by means of V-I method.
2)Wheatstone bridge for a direct resistance measurement.
3) NTC resistance for temperature estimation.
4) Determination of the time constant RL and RC circuits using a square and a sinusoidal waveform.
5) Study of the resonant behavior of a RLC circuit.
6) Investigation of the electrostatic interaction using a torsion balance
7) Determination of the inductance of a solenoid my means of magnetic field mapping.
8) Determination of e/m using a Thompson tube.
9) Millikan experiment and the determination of the electronic charge value.
10) Thermionic Diode: I/V curves.
11) Measurement of submicrometric displacements using a Michelson interferometer.
12) Measurement of the speed of light by means of a pulsed light source-
13) Malus’ law and the polarization of the light.
14) Estimation of Laser Beam Magnification Through a Telescope Using the Knife-Edge Method