Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
FISICA ORD. 2014


13

Corsi comuni

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 60 0 84 16

Periodo

AnnoPeriodo
I annoannuale

Frequenza

Obbligatoria

Erogazione

Convenzionale

Lingua

Italiano

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
01/10/201511/06/2016

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
caratterizzanteSperimentale e applicativoFIS/019
altre attivita' Nessun ambitoSECS-S/024


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Prof.ssa SADA CINZIAFIS/03Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Altri Docenti

DocenteCoperturaSSDStruttura
DA ASSEGNARE-N.D.
Prof.ssa SADA CINZIAIstituzionaleFIS/03Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Prof.ssa SADA CINZIAAffidamentoFIS/03Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste.

Bollettino

Conoscenze base di: - algebra; - analisi (equazioni, disequazioni, derivate, integrali, serie); - fisica generale (cinematica, dinamica, termologia). Il livello di conoscenze pregresse richiesto è conforme alla matematica e fisica insegnate nelle scuole superiori di II grado.

Le conoscenze che si intendono acquisite al termine del corso sono relative alla statistica e all'analisi dati riferite ad esperimenti di fisica classica (si veda dettaglio delle conoscenze consultando la sezione contenuti). Inoltre si intende da acquisire: 1. comprensione della terminologia fisica in relazione al trattamento di dati sperimentali e relativa organizzazione; 2. acquisizione di metodi per l’analisi di dati affetti da errori casuali; 3. acquisizione di metodi di misura diretti ed indiretti della stessa grandezza fisica e della migliore procedura per il trattamento dei dati sperimentali; 4. comprensione del significato delle approssimazioni assunte e verifica delle relative ipotesi di partenza; 5. comprensione e stima delle cause di errore casuale e verifica della presenza di errori sistematici ed il loro peso relativo; 6. quantificazione del peso delle varie cause d’errore, limitando l’acquisizione ad un numero congruo di dati in esperimenti semplici; 7. acquisire abilità nell’impiego di un software informatico per l’analisi dati; 8. acquisire un atteggiamento critico nello stilare un quaderno di laboratorio e nella elaborazione dati (comprensivo della definizione dell’intervallo di confidenza dei dati sperimentali); 9. acquisire manualità in laboratorio; 10. organizzazione dei lavoro di gruppo e della suddivisione dei compiti.

Saranno impiegate, negli opportuni contesti: - lezioni frontali, specialmente perla parte di informatica, di introduzione alla statistica e alla presentazione della fisica oggetto degli esperimenti inteso come lavoro mentale attivo con finalità alla concettualizzazione astratta dei vari argomenti. - apprendistato cognitivo basato sull’interazione tra studente ed insegnate attorno ad un compito di apprendimento. In tal caso docente fungerà inizialmente da modello di riferimento (modeling), per poi fornire supporto allo studente durante l’esecuzione del compito (coaching), conducendolo gradualmente all’autonomia; - didattica laboratoriale: svolgimento di esperimenti focalizzati rispondendo anche ad istanze sociali in cui la prestazione in gruppo è valorizzata al meglio per promuovere relazioni collaborative. In tale ambito si farà uso anche della metodologia brainstorming; - collaborative learning: ovvero apprendimento in piccoli gruppi, all’interno dei quali gli studenti si avvalgono di una collaborazione reciproca e si sentono corresponsabili del percorso formativo intrapreso (in attività laboratoriale);

INFORMATICA E PROGRAMMAZIONE 1) Teoria dell’Informazioni. Sistemi di numerazione posizionali. Sistema decimale, binario, ottale ed esadecimale. Cambiamento di base. Rappresentazione dei numeri relativi: modulo e segno, complemento ad uno, complemento a due. Rappresentazione dei numeri razionali: rappresentazione in virgola fissa e in virgola mobile. Standard IEEE-754. 2) Algebra Boolena, Teoria degli insiemi. Algebra boolena: definizione e proprietà. Teorema di De Morgan. Algebra boolena a due elementi {0,1}. Teorema fondamentale dell’algebra boolena. Corollari. 3) Programmazione: Introduzione al C++. La funzione main. La direttiva #include. Utilizzo degli operatori cin e cout. Dichiarazione ed inizializzazione di variabili. Tipi di variabili: char, int, long, float, double, bool. Operatori aritmetici. Conversione di tipo. Espressioni numeriche e relazionali. Operatori logici. L’istruzione if. I cicli: for, while, do-while. L’operatore condizionale. Lo statement switch, break e continue. Array, stringhe, strutture e puntatori. Le funzioni. Prototipi di funzioni. Funzioni inline. Referenze e puntatori. Argomenti di default. Overloading di funzioni. Funzioni templates. Breve introduzioni alle classi ed alla programmazione orientata ad oggetti. 4) Attività di laboratorio: la frequenza è obbligatoria. In particolare saranno trattati i seguenti argomenti: Scrittura di un primo programma in C++. Tutorial di LINUX. La struttura di un programma, introduzione ai diagrammi di flusso. Scrittura di un programma per il calcolo della media, dell’area di un triangolo, della traiettoria di un proiettile. Esercizi di programmazione. INTRODUZIONE ALLA TEORIA DEGLI ERRORI 1) Misure dirette ed indirette. Strumenti di misura. Errori causali e sistematici. Cifre significative ed arrotondamenti. Precisione, accuratezza e sensibilità. Probabilità. Eventi e variabili casuali, teoremi della probabilità composta e della probabilità totale. Teorema di Bayes. Esempi e applicazioni. Stime di tendenza centrale e stime di dispersione. Proprietà. Istogrammi. Sovrapposizione di una funzione guassiana su un istogramma e epurazione dati. 2) Variabili casuali discrete: generalità. Popolazioni e campioni. Valore medio di combinazioni lineari. Varianza di combinazioni lineari di variabili casuali statisticamente indipendenti. Legge dei grandi numeri e teorema di Bernoulli. Valore medio e valore vero. Relazione tra varianza dei campioni e varianza della popolazione. Variabili casuali continue: definizione e proprietà, la densità di probabilità e la funzione di distribuzione. Proprietà della speranza matematica e della varianza. La distribuzione uniforme, distribuzione di Gauss. Elementi di calcolo combinatorio. La distribuzione di Poisson e relative proprietà. La distribuzione di Bernoulli e relative proprietà. La distribuzione del Chi-quadro: definizione e proprietà. Metodo del minimo χ^2. Applicazioni del χ^2 e vincoli dei sistemi.Esempi ad applicazioni. 3) Misure indirette Miglior stima del valor vero di una grandezza misurata in modo indiretto. La propagazione degli errori e i limiti della sua validità. Errori massimi e formula di propagazione degli errori massimi. Covarianza e Correlazione lineare e relative proprietà. 4) Stime di parametri. Funzione di verosimiglianza e metodo della massima verosimiglianza. Applicazioni della stima di massima verosimiglianza: media pesata e relativo errore, derivazione dei parametri di una retta per l’origine e una retta generica. 5) Attività di laboratorio con frequenza obbligatoria su argomenti di Meccanica, termologia e termodinamica.

L’esame consta di tre parti: 1. Relazioni delle esperienze svolte in laboratorio sotto forma di elaborati scritti. Ogni relazione è stilata per gruppo (costituito da due/tre studenti ciascuno) e consegnata secondo il calendario fornito dai docenti all’avvio del laboratorio al docente di riferimento. La consegna in ritardo darà luogo a penalizzazione sulla valutazione, la mancata consegna di una o più relazioni invalida la possibilità di sostenere l’esame con esito positivo; 2. prova scritta (relativa ad elementi di Elementi di informatica e programmazione ed Elementi di teoria degli errori e statistica); 3. prova orale relativa ad elementi di Elementi di informatica e programmazione e alla teoria degli errori e statistica nonché sulla discussione critica delle esperienze svolte in laboratorio. Il voto finale è fornito dalla media pesata dei voti presi nelle tre parti. In particolare la prova scritta comprenderà esercizi e dimostrazioni di Elementi di informatica, programmazione (prima parte) e teoria degli errori e statistica (seconda parte). Può esser svolta secondo due modalità: attraverso il superamento delle prove in itinere oppure attraverso l’appello istituzionale. Le prove parziali in itinere, in numero pari a tre, saranno svolte durante l’anno accademico secondo il seguente calendario: − 1° prova scritta in itinere su “Elementi di informatica e programmazione”, I semestre (tra dicembre e gennaio). Tale prova esaurisce la prima parte; − 2° prova scritta in itinere su Elementi di teoria degli errori e statistica, argomenti presentati nelle lezioni del I semestre (febbraio-marzo); − 3° prova scritta in itinere su Elementi di teoria degli errori e statistica, argomenti presentati nelle lezioni del II semestre (fine maggio-primi di giugno). La 2° e la 3° prova in itinere saranno valutate complessivamente come un’unica prova relativa alla seconda parte: si considererà sufficiente la performance dello studente la cui media dei voti ottenuti nelle due prove in itinere (2°-3°) sarà almeno pari a 18/30 (con votazione almeno di 12/30 su un compitino). Coloro che avranno raggiunto la sufficienza sulle parti di Elementi di informatica e di Teoria degli errori e statistica saranno ammessi alla prova orale qualora abbiano frequentato il laboratorio e consegnato tutte le relazioni delle esperienze svolte. Coloro che risultassero insufficienti nelle due parti, dovranno sostenere la prova scritta secondo il calendario previsto nelle varie sessioni di appello (2 appelli nella sessione estiva, due appelli nella sessione autunnale ed un appello nella sessione di recupero). Nelle varie sessioni d’appello, la prova scritta sarà articolata in due parti: parte di informatica e parte di statistica. Agli studenti è concesso di sostenere una o entrambe le parti per ogni appello. Il voto rimarrà valido fino alla sessione di febbraio. Gli studenti che abbiano superato solo una delle due parti (informatica / statistica) potranno recuperare la parte insufficiente o non sostenuta (informatica/statistica) nelle sessioni d’appello. La prova orale verte sugli argomenti trattati durante l’anno accademico nelle due sezioni tematiche ivi comprensive gli argomenti trattati durante le lezioni di laboratorio e relative esperienze di fisica generale. Entro l’anno accademico è possibile ripetere la prova scritta anche in caso di esito positivo ma non ritenuto soddisfacente. La consegna dell’elaborato annulla il voto positivo precedentemente ottenuto in altra prova scritta a meno che non si esprima la volontà di ritirarsi.

Criteri di Valutazione della prova scritta ed orale: − Rielaborazione conoscenze e abilità sviluppate in relazione al corso attraverso quesiti mirati e comprensivi di esercitazioni; − Azione comunicativa, che in particolare rifletta le competenze relative al linguaggio specifico, alla modalità di comunicazione orale e/o scritta, alle modalità di rappresentazione di argomenti inerenti al corso; Criteri di Valutazione della attività laboratoriale − Regolarità nella frequenza e nelle attività; − qualità dei contributi relativamente alle attività previste nelle diverse esperienze di laboratorio; − gestione delle attività di laboratorio e partecipazione al lavoro di gruppo; − rielaborazione delle conoscenze e abilità sviluppate in relazione ai contenuti del laboratorio; − utilizzo di strumenti e materiali forniti durante il corso; − discussione delle relazioni; − impostazione e organicità delle relazioni.

Maurizio Loreti, Teoria degli errori e fondamenti di statistica (introduzione alla fisica sperimentale). : Zanichelli, 2006

Eventuale ulteriore materiale sarà fornito dai docenti. Gli esercizi svolti a lezione costituiscono parte integrante del corso. I documenti saranno reperibili ai sito del docente Parte di informatica: http://www.pd.infn.it/~agarfa/ Parte di statistica: https://sites.google.com/site/sadacinzia/ e su piattaforma Moodle https://www.elearning.unipd.it/fisica Laurea in Fisica