Syllabus del corso
Obiettivi
Obiettivi generali. Scopo principale del corso è l’apprendimento di metodiche per eseguire esperienze di Fisica, per la valutazione della precisione e accuratezza delle misure e per l'elaborazione dei dati ottenuti.
Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente, al termine del corso, dovrà conoscere le basi del trattamento statistico del dato sperimentale.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine del corso lo studente è in grado di: (i) utilizzare gli strumenti statistici di base per il trattamento del dato sperimentale; (ii) effettuare semplici esperimenti di laboratorio di fisica e di individuare le origini di precisione e accuratezza nella raccolta del dato e le strategie sperimentali migliori per aumentare questi parametri; (iii) comprendere meglio il concetto di distribuzione statistica.
Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di scegliere la giusta metodologia di trattamento del dato in funzione della tipologia del dato sperimentale grezzo.
Capacità di apprendimento. Lo studente dovrà essere in grado di affrontare la trattazione sistematica del dato sperimentale, il corretto uso delle cifre significative, la rappresentazione grafica del dato. Questi strumenti serviranno come base per tutte l'analisi del dato sperimentale che sarà oggetto di tutti i successivi insegnamenti pretttamente sperimentali.
Abilità comunicative. Al termine del corso, lo studente dovrà essere in grado di esporre con linguaggio appropriato i contenuti trattati.
Contenuti sintetici
Vengono studiate le sorgenti di incertezza relative ad ogni misura fisica ed i mezzi per quantificare e ridurre gli errori di misura. Il corso e' diviso in una prima parte di lezioni in aula sulla teoria degli errori di misura ed una seconda parte di esperienze di Fisica svolte in laboratorio dagli studenti divisi in gruppi.
Programma esteso
Il corso e' diviso in una prima parte di lezioni in aula sulla teoria degli errori di misura: analisi dei dati sperimentali, errori sistematici e casuali, distribuzioni, probabilità, intervalli di confidenza, livelli di confidenza. Analisi della regressione dei dati sperimentali, metodo dei minimi quadrati e test del Chi-quadro.
La seconda parte prevede l'esecuzione di esperienze svolte in laboratorio dagli studenti divisi in gruppi.
1 DENSITÀ
2 DISTRIBUZIONI BINOMIALE E GAUSSIANA
3 MOMENTI DI INERZIA
4 ONDE STAZIONARIE
5 ELASTICITÀ
6 LEGGE DEL DECADIMENTO RADIOATTIVO
7 PENDOLO SEMPLICE
8 MOTO DEL PROIETTILE
9 OSCILLATORE ARMONICO FORZATO E SMORZATO
10 DISTRIBUIZIONE DI POISSON
Prerequisiti
Sono richieste conoscenze di base di calcolo e algebra, di geometria e geometria analitica e di fisica classica, come comunemente impartiti nelle scuole superiori.
Modalità didattica
Lezioni frontali ed esperienze di laboratorio sia in modalità erogativa sia interattiva, in più turni, con gruppi di tre/quattro studenti che eseguono una esperienza per pomeriggio. Il corso sarà tenuto in lingua italiana.
32 ore di lezioni frontali in presenza
40 ore di laboratorio in presenza (10 sessioni da 4 ore)
Materiale didattico
J.R. Taylor, Introduzione all'analisi degli errori, ed. Zanichelli
Schede di laboratorio (pagina e-learning del corso)
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Lezioni: Settembre- Dicembre 2024
Attività di Laboratorio: Febbraio-Aprile 2025 (indicativo)
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Lo studente acquisirà i crediti dopo 1) aver partecipato ai laboratori, 2) aver scritto le relazioni degli esperimenti fatti in laboratorio e 3) aver superato la prova orale. La prova orale verterà sulla teoria degli errori e includerà una discussione delle esperienze svolte in laboratorio con commenti alle relative relazioni. La qualità delle relazioni potranno influire sul voto orale con un peso di +/- 2 punti.
La graduazione dei voti sarà la seguente:
< 18: votazione insufficiente; non raggiunto il livello minimo di preparazione;
18-21: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, capacità di elaborazione critica limitata;
22-24: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma limitata, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;
25-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;
28-30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata
Infine, il voto complessivo del modulo “Elementi di Metodo Sperimentale” concorrerà in maniera pesata (6 CFU) a stabilire il voto finale dell’esame di “Introduzione alle Operazioni Elementari di Laboratorio - Elementi di Metodo Sperimentale” (12 CFU)
Orario di ricevimento
Su appuntamento con il docente: roberto.lorenzi@unimib.it
Aims
General Objectives.
The main goal of the course is to learn methodologies for performing physics experiments, evaluating the precision and accuracy of measurements, and processing the obtained data.
Knowledge and Understanding.
By the end of the course, the student is expected to know the fundamentals of statistical analysis of experimental data.
Applying Knowledge and Understanding.
Upon completing the course, the student will be able to:
(i) use basic statistical tools for processing experimental data;
(ii) conduct simple physics lab experiments and identify the sources of precision and accuracy in data collection, as well as the best experimental strategies to improve these parameters;
(iii) develop a better understanding of the concept of statistical distribution.
Independent Judgment.
The student should be able to choose the appropriate method for data analysis based on the type of raw experimental data.
Learning Skills.
The student should be capable of systematically handling experimental data, correctly using significant figures, and graphically representing the data. These tools will serve as a foundation for all experimental data analysis in subsequent experimental courses.
Communication Skills.
At the end of the course, the student should be able to present the covered topics using appropriate and precise language.
Contents
The first part of the course is based on lectures on statistics: Analysis of experimental data, random and systematic errors, Distributions, Probability and confidence. The second part of the course is carried out in laboratory, by making basic Physics experiments.
Detailed program
The first part of the course is based on lectures on statistics: Analysis of experimental data, random and systematic errors, Distributions, Probability and confidence.
The second part of the course is carried out in laboratory, by making the following basic physics experiments
1 DENSITY
2 BINOMIAL AND GAUSSIAN DISTRIBUTIONS
3 MOMENT OFDI INERTIA
4 STANDING WAVES
5 ELASTICITY
6 RADIOACTIVE DECAY
7 PENDULUM
8 PROJECTILE MOTION
9 FORCED AND DAMPED HARMONIC OSCILLATOR
10 POISSON DISTRIBUTION
Prerequisites
Basic knowledge of calculus, algebra, geometry, and analytical geometry and of classical physics are required, as commonly taught in high school.
Teaching form
Lessons and activity in laboratory, in groups of three/four students each, managing experimental activities varying every day of presence. Lessons will be held in Italian.
32 hours of in-person lectures
40 hours of in-person laboratory (10 sessions of 4 hours)
Textbook and teaching resource
J.R. Taylor, Introduzione all'analisi degli errori, ed. Zanichelli
Laboratory notes (e-learning page of the course)
Semester
Lessons: September - December 2024
Laboratory activities: February - April 2025
Assessment method
The student will acquire credits by 1) attending the Physics Laboratory I, 2) writing laboratory reports and 3) passing an oral exam. The oral exam will focus on the content of the lectures and the experiences carried out in the laboratory. The quality of the lab reports may affect the oral exam grade by +/- 2 points.
The grading scale is structured as follows:
< 18: Failing grade; the minimum level of preparation has not been met.
18–21: Preparation covers a limited number of course topics. Limited analysis and discussion skills, which emerge only with the professor's guidance and prompts. Communication skills and vocabulary are inconsistent. Limited critical thinking skills.
22–24: Preparation covers some of the course topics. Limited independent analysis. Vocabulary is appropriate but lacks full accuracy and clarity. Communication skills are occasionally hesitant.
25–27: Preparation covers a wide range of course topics. Strong ability to argue and analyze critically in an independent manner. Ability to apply knowledge to concrete cases. Correct vocabulary and competence in subject-specific language.
28–30/30L: Comprehensive and exhaustive preparation on all exam topics. Exceptional ability to discuss and critically analyze themes independently. Excellent critical and autonomous thinking. Full mastery of subject-specific vocabulary. Rigorous, articulate communication skills.
Office hours
On request contacting the teacher: roberto.lorenzi@unimib.it