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A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013

Convegno PLS Napoli 2013

Elettromagnetismo e Circuitiuno dei Laboratori PLS di Fisica a Lecce

Andrea VenturaDipartimento di Matematica e Fisica “E. De Giorgi”

Università del Salento

Convegno Scientifico sul PLS Città della Scienza (Napoli) – 12 e 13 Dicembre 2013



Il Piano Lauree Scientifiche di Fisica a LecceI Laboratori PLS prevedono una fase teorica introduttiva, una di progettazione di esperienze di laboratorio insieme ai docenti delle scuole, la loro realizzazione e esecuzione, una fase in cui l'esperienza è portata in classe e la fase finale di discussione e presentazione dei risultati.

Sezione di Lecce

Personale dell’Università del Salento coinvolto nel PLS 2010-12 e nel 2012/13: Paolo Bernardini, Giovanni Buccolieri, Maria Luisa De Giorgi, Marcella D’Elia, Sergio Fonti, Luca Girlanda, Edoardo Gorini, Luigi Martina, Vincenzo Orofino, Fabio Paladini, Francesco Strafella, Andrea Ventura

Ex-collegio FioriniUniversità del Salento



Laboratori PLS proposti alle scuole superiori

Elenco delle Scuole nel PLS-Fisica 2012/13

Liceo Scientifico “F. Capece” – Maglie (Le)Liceo Scientifico "De Giorgi" – LecceLiceo Scientifico "Q. Ennio" – Gallipoli (Le)Liceo Scientifico "G. Ferraris" – Taranto IISS "E. Ferdinando" – Mesagne (Br)ITIS "E. Fermi" – LecceLiceo Scientifico "G. Galilei“ – Nardò (Le)ITT "Giorgi" – BrindisiITIS "E. Mattei" – Maglie (Le)Liceo delle Scienze Umane “A. Moro” – Maglie (Le)Liceo Classico "G. Palmieri" – LecceLiceo Scientifico “Pepe Calamo” – Ostuni (Br)Liceo Polivalente "Q. Punzi“ – Cisternino (Br)Liceo Scientifico "G. Stampacchia" – Tricase (Le)IISS "S. Trinchese“ – Martano (Le)Liceo Scientifico "G. C. Vanini“ – Casarano (Le)Liceo Classico "Virgilio“ – Lecce

Nell’ambito del PLS di Fisica a Lecce da alcuni anni alle scuole delle province di Brindisi, Lecce e Taranto viene proposta una serie di Laboratori, realizzati secondo le direttive del Progetto:

Elettromagnetismo e Circuiti Fisica Ambientale Introduzione alla Fisica Moderna Ottica Spettroscopia applicata all’Astrofisica Termologia e Termodinamica



Il Laboratorio di Elettromagnetismo e Circuiti“Elettromagnetismo e Circuiti” è uno dei Laboratori PLS di Fisica istituiti presso l’Università del Salento. Sorto dall’esigenza di colmare lacune nella strumentazione scolastica ed aumentare la visibilità del Corso di Laurea in Fisica presso gli studenti delle superiori, il Laboratorio si è configurato a partire dall’anno scolastico/accademico 2010/11 secondo le Linee Guida del PLS.

L’obiettivo specifico di questo Laboratorio è di completare l’apprendimento dell’elettromagnetismo con una dimensione empirica, che riscontra notevole interesse ed entusiasmo da parte sia degli studenti che degli insegnanti delle scuole partecipanti.

In base alla disponibilità fornita dalle scuole superiori nel quadro dell’offerta formativa, negli ultimi tre anni il Laboratorio ha coinvolto un numero di studenti variabile tra i 15 e i 40, provenienti da un minimo di due scuole a un massimo di sei. Normalmente si tratta di licei scientifici e di istituti tecnici.



Negli ultimi anni il Laboratorio PLS di Elettromagnetismo e Circuiti è stato avviato attorno alla metà di dicembre. Gli argomenti da affrontare nel Laboratorio a quel punto dell’anno scolastico non sono ancora stati trattati a lezione dagli insegnanti, per cui, subito dopo l’iniziale riunione di coordinamento tra i docenti del Dipartimento e gli insegnanti delle Scuole, occorrono due lezioni frontali introduttive. In queste lezioni, con adeguato rigore ma senza eccessivo dettaglio, vengono descritte le leggi fisiche da verificare, per poi illustrare le varie fasi delle esperienze da svolgere in laboratorio negli incontri successivi.

Organizzazione del Laboratorio



Guida ai Laboratori PLS

Come anche per gli altri Laboratori PLS proposti a Lecce, le esperienze didattiche del Laboratorio di Elettromagnetismo e Circuiti sono illustrate in una guida (fornita agli studenti sia in formato digitale che cartaceo), utile all’impostazione ed allo svolgimento di tutte le attività laboratoriali.



Viene inoltre proposto un breve tutorial seguito da un’esercitazione su un software di analisi dati (il pacchetto ROOT fornito gratuitamente dal CERN) per rappresentare i dati sperimentali raccolti e adattarli a generiche funzioni matematiche. Tale proposta viene di norma accolta dagli studenti che abbiano già acquisito elementi di programmazione al computer: in alternativa si procede all’impiego di altre soluzioni come il più popolare MicroSoft EXCEL. Le lezioni iniziali sono svolte in un’aula multimediale del Dipartimento, con videoconnessione in favore degli istituti aventi maggiori problemi di spostamento.

Strumenti per l’analisi dei dati

Agli studenti sono fornite in omaggio delle chiavette USB (da 4 GB) personalizzate per conservare ed elaborare i dati che saranno raccolti in laboratorio.



Il Laboratorio di Elettromagnetismo e Circuiti verte su sei esperienze didattiche, ciascuna organizzata in modo da essere svolta in un tempo di circa 1.5 ore da un gruppo di 3-4 studenti:

l’esperienza di Millikan, il catino elettrolitico, la scarica del condensatore, l’oscilloscopio didattico, il sistema molla-magnete, il solenoide attraversato da corrente.

Le esperienze del laboratorio



L’esperienza di MillikanObiettivo: verificare la quantizzazione della carica elettrica.

La raccolta dei dati è agevolata dall’impiego di un’interfaccia tra una videocamera e un computer .



Il catino elettroliticoObiettivo: rappresentare le linee equipotenziali di campi elettrici in un sistema di due elettrodi con una definita geometria (cariche di tipo puntiforme o distribuzioni lineari di carica).È un’esperienza di tipo qualitativo.



La scarica del condensatoreObiettivo: misurare il tempo di scarica e verificarne la relazione con resistenza e capacità in un circuito RC.



L’oscilloscopio didatticoObiettivo: caratterizzare la forza di Lorentz al variare della corrente e del campo magnetico.

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Il sistema molla-magneteObiettivo: studiare l’induzione elettromagnetica e metterla in relazione con altri fenomeni elettromeccanici.Il sistema è analizzato tramite un sensore di tensione interfacciato con un computer per l’acquisizione dei dati.



Il solenoide attraversato da correnteObiettivo: misurare il campo magnetico associato e stimare la permeabilità magnetica in aria

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Ciascun gruppo di studenti svolge le sei esperienze due alla volta nell’arco di tre incontri pomeridiani in laboratorio (di 3-4 ore), in base a un calendario prestabilito secondo una rotazione dei vari gruppi. Concluse le attività in laboratorio, ciascun gruppo prepara e consegna per ogni esperienza realizzata una relazione, completa di analisi dei dati raccolti e di opportune considerazioni finali (la consegna può avvenire in forma cartacea o digitale). Le relazioni vengono corrette dai docenti e discusse con gli studenti in un successivo incontro durante il quale,

Discussione e valutazione dei risultati

di comune accordo con i docenti, gli studenti individuano una o due esperienze da approfondire ulteriormente. A tal riguardo gli studenti preparano una presentazione dettagliata (di 10-15 trasparenze), da esporre nell’incontro conclusivo, e dalla quale emergono ulteriori elementi di valutazione.



L’incontro conclusivo è incluso nelle “giornate di condivisione del PLS di Fisica”, durante le quali viene mostrata a tutti i partecipanti del Progetto una selezione delle presentazioni rappresentative di tutte le sei esperienze di laboratorio. Agli studenti valutati positivamente viene rilasciato l’attestato di partecipazione al Laboratorio di “Elettromagnetismo e Circuiti”.

Giornate di condivisione del PLS di Fisica

L’attestato di partecipazione al PLS è valido per ottenere due CFU, spendibili in caso di iscrizione al Corso di Laurea in Fisica a Lecce. La partecipazione al PLS è inoltre un titolo valutato anche in selezioni basate sul merito aperte a tutti gli studenti iscritti al Corso di Laurea (ad esempio un recente viaggio al CERN).



Grazie alla dedizione degli insegnanti ed all'entusiasmo degli studenti, i contenuti del Laboratorio di “Elettromagnetismo e Circuiti”, come pure degli altri Laboratori PLS, sono stati recepiti in maniera più che soddisfacente. L’impatto in termini di qualità degli iscritti al Corso di Laurea in Fisica a Lecce è positivo: negli ultimi anni la percentuale di iscritti provenienti dal PLS è passata dal 10% al 20% circa. Tra le criticità riscontrate vanno segnalati alcuni problemi logistici (per fortuna non insormontabili), tra cui il fatto che alcuni istituti, soprattutto i più distanti, pur col sostegno dei fondi PLS, hanno avuto difficoltà a coprire i costi dei trasporti per tutti gli incontri, per cui talvolta gli studenti per spostarsi si sono dovuti organizzare autonomamente.

Alcune considerazioni generali



Per il futuro si intende migliorare o sostituire alcune esperienze didattiche, nella direzione di favorire al massimo la fruibilità da parte degli studenti. Si intende monitorare e analizzare nel corso degli anni le loro scelte universitarie, per ottenere così un riscontro dell'efficacia del lavoro di orientamento svolto.

Conclusioni e prospettive

Giornate conclusivePLS di Fisica

Lecce, aprile 2012

Per l’anno scolastico 2013/14, l’azione del PLS potrà migliorare ulteriormente anche grazie all’iniziative di alcune scuole che hanno attivato dei PON in ambito C2 specificamente dedicati ai Laboratori PLS di Fisica.



Grazie dell’attenzione!

Dipartimento di Matematica e Fisica“Ennio De Giorgi”

Università del Salento

Giornate conclusivePLS di Fisica

Lecce, 11 aprile 2013

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