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Sperimentazioni in corso Marco Giliberti Trento 15.04.05 Titolo.

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1 Sperimentazioni in corso Marco Giliberti Trento Titolo

2 RICERCHE E SPERIMENTAZIONI SULLA FISICA QUANTISTICA STRUMENTI E METODI DELLA RICERCA DIDATTICA PERCHÈ UNA DIDATTICA DELLA FISICA? STRUTTURA DEL SEMINARIO Trento

3 PERCHE UNA DIDATTICA DELLA FISICA? Trento

4 QUELLO CHE GLI STUDENTI APPRENDONO E SPESSO MOLTO DIVERSO DA QUELLO CHE VIENE LORO PRESENTATO, ANCHE QUANDO LISTRUZIONE E COMPLETA E ACCURATA, GLI STUDENTI SPESSO LASCIANO LE CLASSI DI FISICA CON IDEE CHE SONO IN FORTE CONTRASTO CON QUELLO CHE PENSANO I FISICI. QUELLO CHE GLI STUDENTI APPRENDONO E SPESSO MOLTO DIVERSO DA QUELLO CHE VIENE LORO PRESENTATO, ANCHE QUANDO LISTRUZIONE E COMPLETA E ACCURATA, GLI STUDENTI SPESSO LASCIANO LE CLASSI DI FISICA CON IDEE CHE SONO IN FORTE CONTRASTO CON QUELLO CHE PENSANO I FISICI. M Wittmann, R. Steinberg, E. Redish, Am. J. Phys. 70 (3), March (2002) Cfr. anche L. Mc Dermot, Am J. Phys. 59, (1991) M Wittmann, R. Steinberg, E. Redish, Am. J. Phys. 70 (3), March (2002) Cfr. anche L. Mc Dermot, Am J. Phys. 59, (1991) Trento

5 DIDATTICA DELLA FISICA (INIZIO CIRCA 40 ANNI FA) DIDATTICA DELLA FISICA (INIZIO CIRCA 40 ANNI FA) SOLUZIONI AL PROBLEMA DI COME MIGLIORARE LAPPRENDIMENTO E LINSEGNAMENTO DELLA FISICA Trento

6 INIZIO CON UN RIPENSAMENTIO SULLA FISICA (VARI PROGETTI TIPO PSSC ECC.) INIZIO CON UN RIPENSAMENTIO SULLA FISICA (VARI PROGETTI TIPO PSSC ECC.) CONTINUO CON RICERCHE SULLE IDEE DEGLI STUDENTI (VIENNOT, DRIVER ECC.) SI SCOPRIRONO SCHEMI SPONTANEI O INTUITIVI DI CONOSCENZA. Trento

7 AD UN BUON INSEGNAMENTO DI UNA FISICA INADEGUATA C. Bernardini, C. Tarsitani. M. Vicentini Thinking Physics for Teaching Plenum Press, New York, AD UN BUON INSEGNAMENTO DI UNA FISICA INADEGUATA C. Bernardini, C. Tarsitani. M. Vicentini Thinking Physics for Teaching Plenum Press, New York, QUESTO SPOSTO LA RICERCA PREVALENTEMENTE SUI PROBLEMI DELL APPRENDIMENTO RISCHIO DA EVITARE: RISCHIO DA EVITARE: PASSARE DA UN INSEGNAMENTO INADEGUATO DI UNA BUONA FISICA PASSARE DA UN INSEGNAMENTO INADEGUATO DI UNA BUONA FISICA Trento

8 STRUMENTI E METODI DELLA RICERCA DIDATTICA Trento

9 Analisi delle concezioni iniziali Analisi in itinere dellorganizzazione delle idee Analisi delle concezioni finali Analisi dellapprendimento a lungo termine Es. Questionario Es Interrogazioni lunghe Interventi degli studenti Lavoro in laboratorio Verifiche scritte Es. Questionario Interrogazioni Gradimento e significatività del corso Es. domande aperte con richiesta di spiegazione Tutto lintervento viene monitorato (registrato e/o videoregistrato) Trento

10 INDIVIDUAZIONE DEI CONCETTI FONDAMENTALI COSTRUZIONE DI UN PERCORSO UNIVERSITARIO DEDUZIONE DI UNA PROPOSTA DIDATTICA PREUNIVERSITARIA STUDIO DELLE MODALITA DI APPRENDIMENTO ANALISI DELLAPPRENDIMENTO DI ALCUNI STUDENTI PARTICOLARMENTE BRILLANTI PROPOSTA DIDATTICA NUOVA PROPOSTA DIDATTICA ANALISI DELLA RISPOSTA DEGLI STUDENTI Paragone con una classe di controllo Trento

11 RICERCHE E SPERIMENTAZIONI SULLA FISICA QUANTISTICA Trento

12 Listruzione tradizionale per argomenti di fisica quantistica è molto simile in tutti i paesi occidentali. Corpo nero Effetto fotoelettrico Effetto Compton Modello atomico di Thomson Modello atomico di Rutherford Modello atomico di Bohr De Broglie… Modello atomico di Thomson Modello atomico di Rutherford Modello atomico di Bohr De Broglie… Lelettrone come una trottola Modello atomico di Sommerfeld Il principio di indeterminazione (microscopio di Heisenberg) Modello atomico a orbitali Trento

13 ESEMPIO DI TEST DI INGRESSO M. Giliberti C. Marioni LFNS XXX 3 (1997 ) Es. di domande aperte Cosè per te la luce? Descrivi quello che ti viene in mente a sentire le parole: atomo, elettrone, fotone, corpo nero, principio di indeterminazione Descrivi quello che ti viene in mente a sentire le parole: atomo, elettrone, fotone, corpo nero, principio di indeterminazione Hai già sentito parlare di queste cose? mai a scuola: elementare, media, liceo dai mass media: quotidiani, riviste, televisione, radio, in casa (spiegare in che ambito: in una discussione, leggendo un libro, da un fratello, ecc.) Hai già sentito parlare di queste cose? mai a scuola: elementare, media, liceo dai mass media: quotidiani, riviste, televisione, radio, in casa (spiegare in che ambito: in una discussione, leggendo un libro, da un fratello, ecc.) Trento

14 La teoria a fotoni della luce prevede fra laltro che: (a)il fotone si muova di moto ondulatorio (b)la velocità dei fotoni nel vuoto dipenda dalla loro energia (e)la luce si propaghi senza che il fotone segua una traiettoria definita (d)la probabilità di osservare un fotone abbia carattere sinusoidale Spiegazione: La teoria a fotoni della luce prevede fra laltro che: (a)il fotone si muova di moto ondulatorio (b)la velocità dei fotoni nel vuoto dipenda dalla loro energia (e)la luce si propaghi senza che il fotone segua una traiettoria definita (d)la probabilità di osservare un fotone abbia carattere sinusoidale Spiegazione: Trento

15 Descrivi quello che succede quando i seguenti materiali quando essi vengono inseriti tra i seguenti contatti collegati ad una batteria. Trento C. Wittman, N. Steinberg, E. Redish Am. J. Phys. March 2002

16 Trento Che cosa intendi con fotone? Come ti immagini gli elettroni in un atomo? Quali sono le proprietà essenziali di un oggetto classico? … I più ci sono questionari sullinteresse degli studenti … I più ci sono questionari sullinteresse degli studenti D. Zollman, S. Rebello, K. Hogg Am. J. Phys. March 2002

17 Es. di domande chiuse Abbiamo una teoria fisica precisa della luce? (a)sì ed è risultata corretta in tutti gli esperimenti effettuati (b)no, infatti non abbiamo ancora capito se è fatta da onde o da corpuscoli (c)sì ma in molti esperimenti si sono avuti risultati inattesi (d)no, infatti abbiamo non una ma due teorie fisiche della luce, una che si applica agli esperimenti macroscopici (teoria ondulatoria), laltra a quelli microscopici (teoria corpuscolare) Spiegazione: … Abbiamo una teoria fisica precisa della luce? (a)sì ed è risultata corretta in tutti gli esperimenti effettuati (b)no, infatti non abbiamo ancora capito se è fatta da onde o da corpuscoli (c)sì ma in molti esperimenti si sono avuti risultati inattesi (d)no, infatti abbiamo non una ma due teorie fisiche della luce, una che si applica agli esperimenti macroscopici (teoria ondulatoria), laltra a quelli microscopici (teoria corpuscolare) Spiegazione: … Trento Gruppo di ricerca di Milano

18 Sono stati evidenziate notevoli idee errate su: Fotone si muove in forma di unonda progressiva Ha una massa solo quando si muove alla velocità della luce … Fotone si muove in forma di unonda progressiva Ha una massa solo quando si muove alla velocità della luce … Trento Cfr. R. Mueller, H. Wiesner Am J. Phys 70 (3) Elettrone La diffrazione di elettroni è dovuta alla loro carica elettrica Elettrone La diffrazione di elettroni è dovuta alla loro carica elettrica

19 Rel. Di incertezza Stud.: quando misuro la posizione in maniera precisa, altero il momento Stud.: Se commetto un errore a determinare la posizione allora ho fatto per forza anche un errore nel determinare il momento Rel. Di incertezza Stud.: quando misuro la posizione in maniera precisa, altero il momento Stud.: Se commetto un errore a determinare la posizione allora ho fatto per forza anche un errore nel determinare il momento M. Giliberti, C. Marioni Teaching about Heisenbergs Relations; Proc. G.I.R.E.P. I.C.P.E. International Conference: New Ways of Teaching Physics Trento

20 ALCUNI RISULTATI GENERALI ACQUISITI DALLA RICERCA IN DIDATTICA DELLA FISICA QUANTISTICA Trento

21 In un corso introduttivo non è possibile raccontare la storia della radiazione di corpo nero in un modo intellettualmente onesto e significativo e un discorso approssimativo sullargomento lascia solo disorientati gli studenti. A. Arons Guida allinsegnamento della fisica, Zanichelli In un corso introduttivo non è possibile raccontare la storia della radiazione di corpo nero in un modo intellettualmente onesto e significativo e un discorso approssimativo sullargomento lascia solo disorientati gli studenti. A. Arons Guida allinsegnamento della fisica, Zanichelli Per quanto riguarda lapprendimento sul problema del corpo nero: Viene confermata la difficoltà di comprensione…: anche persone in genere molto brave hanno fatto confusione. Tesi di laurea di L. Maddalon; relatore C. Marioni, correlatori Lanz, Giliberti a. a Per quanto riguarda lapprendimento sul problema del corpo nero: Viene confermata la difficoltà di comprensione…: anche persone in genere molto brave hanno fatto confusione. Tesi di laurea di L. Maddalon; relatore C. Marioni, correlatori Lanz, Giliberti a. a Trento

22 Si sa che dopo listruzione tradizionale, gli studenti mostrano facilmente misconcezioni classiche e confondono nozioni classiche e quantistiche. R. Mueller, H. Wiesner Am. J. Phys. 70 (3) (2002) Si sa che dopo listruzione tradizionale, gli studenti mostrano facilmente misconcezioni classiche e confondono nozioni classiche e quantistiche. R. Mueller, H. Wiesner Am. J. Phys. 70 (3) (2002) …la nostra ricerca in classe ha mostrato una notevole difficoltà dei ragazzi nella comprensione dei difficili problemi connessi alla crisi della fisica classica (probabilmente perché conoscono questa troppo poco per poterne apprezzare la crisi). M. Giliberti, C. Marioni Introduzione di alcuni elementi di Fisica dei quanti nella scuola secondaria superiore LFNS XXX 3 Supplemento (1997) …la nostra ricerca in classe ha mostrato una notevole difficoltà dei ragazzi nella comprensione dei difficili problemi connessi alla crisi della fisica classica (probabilmente perché conoscono questa troppo poco per poterne apprezzare la crisi). M. Giliberti, C. Marioni Introduzione di alcuni elementi di Fisica dei quanti nella scuola secondaria superiore LFNS XXX 3 Supplemento (1997) Trento

23 Orientato agli sviluppi storici linsegnante sovra- enfatizza i concetti della fisica classica Lapprendimento della fisica moderna è reso più difficile per gli studenti perché linsegnamento spesso usa modelli (per es. il modello atomico di Bohr) e concetti (per esempio quello di dualismo) semiclassici. Da tutte le indagini nella psicologia dellapprendimento si può ricavare almeno un principio: i modelli semplificati devono essere costruiti in modo tale che sia possibile estenderli e lo studente non sia forzato successivamente a riorientare le concezioni fondamentali. H. Fishler, M. Lichtfeldt Modern physics and students conceptions Int. J. Sci. Educ. 14, (1992) Trento

24 Luso di numerosi modelli, trattati spesso sbrigativamente, per spiegare la struttura dellatomo non dà, in generale, buoni risultati di apprendimento Gli studenti a cui è stata mostrata lefficacia del modello di Bohr è molto difficile che lo abbandonino H. Fishler, M. Lichtfeldt Modern physics and students conceptions Int. J. Sci. Educ. 14, (1992) Gli studenti a cui è stata mostrata lefficacia del modello di Bohr è molto difficile che lo abbandonino H. Fishler, M. Lichtfeldt Modern physics and students conceptions Int. J. Sci. Educ. 14, (1992) Soffermiamoci sul modello di Bohr Studenti che hanno avuto un insegnamento insistito del modello di Bohr hanno grandi difficoltà a capire la conduzione nei solidi e, ad esempio, la legge di Ohm Cfr. M Wittmann R. Steinberg, E. Redish, Am J. Phys. 70 (2002) Studenti che hanno avuto un insegnamento insistito del modello di Bohr hanno grandi difficoltà a capire la conduzione nei solidi e, ad esempio, la legge di Ohm Cfr. M Wittmann R. Steinberg, E. Redish, Am J. Phys. 70 (2002) Trento

25 Inoltre ci sono i problemi legati alla divulgazione…a scuola… Trento

26 SPERIMENTAZIONI

27 Teaching quantum mechanics on an introductory level R. Müller, H. Wiesner München Scuola Superiore Trento

28 523 studenti risposero al questionario dopo un istruzione tradizionale 27 studenti furono intervistati oralmente 523 studenti risposero al questionario dopo un istruzione tradizionale 27 studenti furono intervistati oralmente 37 studenti universitari futuri insegnanti furono intervistati allo stesso modo I due gruppi diedero risposte simili !

29 Quali sono le propriet à essenziali di un oggetto classico? massa, peso (85%) dimensioni,volume, forma(43%) velocità movimento(38%) quantità di moto (27%) posizione (15%) densità (15%) energia(12%) massa, peso (85%) dimensioni,volume, forma(43%) velocità movimento(38%) quantità di moto (27%) posizione (15%) densità (15%) energia(12%) Trento

30 Quali sono le propriet à essenziali di un oggetto quantistico? massa (37%) Carica(37%) velocit à /quantit à di moto (37%) energia (26%) spin (22%) livelli di energia/quantit à di moto (15%) posizione non determinate esattamente (11%) no massa assoluta (11%) lunghezza d onda di de Broglie (7%) massa (37%) Carica(37%) velocit à /quantit à di moto (37%) energia (26%) spin (22%) livelli di energia/quantit à di moto (15%) posizione non determinate esattamente (11%) no massa assoluta (11%) lunghezza d onda di de Broglie (7%) Trento

31 Come ti immagini gli elettroni in un atomo? Bohr o planetario (17%) Ci sono cerchi … attorno al nucleo … orbite … Tutti gli elettroni sono su differenti orbite … possono saltare da un orbita all altra Bohr con precauzione (24%) Le orbite … L atomo lo immagino cos ì… mi è stato detto che non è corretto, ma ci sono cos ì abituato e poi è cos ì tanto usato … Idea concreta di nuvole/Carica distribuita (14%) Orbitali con distribuzione di probabilit à (38%) Bohr o planetario (17%) Ci sono cerchi … attorno al nucleo … orbite … Tutti gli elettroni sono su differenti orbite … possono saltare da un orbita all altra Bohr con precauzione (24%) Le orbite … L atomo lo immagino cos ì… mi è stato detto che non è corretto, ma ci sono cos ì abituato e poi è cos ì tanto usato … Idea concreta di nuvole/Carica distribuita (14%) Orbitali con distribuzione di probabilit à (38%) Trento Anche quando vengono menzionate le idee quantistiche, il punto di partenza è l atomo di Bohr

32 Trento STRUTTURA DEL CORSO Per evitare misconcezioni classiche si sono concentrati sugli aspetti della MQ che sono radicalmente diversi a quelli della MC L interpretazione di Born è introdotta presto e abbondantemente usata. Nessun mistero il dualismo onda particella quando si sia capita l interpretazoine probabilistica L interpretazione di Born è introdotta presto e abbondantemente usata. Nessun mistero il dualismo onda particella quando si sia capita l interpretazoine probabilistica Alcune propriet à classicamente ben definita (posizione, quantit à di moto ecc.) non possono essere sempre attribuite ad un oggetto quantistico. Il processo di misura non può essere passivo. C è grande differenza tra avere una propriet à e misurare una propriet à Alcune propriet à classicamente ben definita (posizione, quantit à di moto ecc.) non possono essere sempre attribuite ad un oggetto quantistico.

33 Trento Per es. polarizzazione

34 Trento INTERFEROMETRO

35 Trento RELAZIONI DI INCERTEZZA DI HEISENBERG rappresenta l ensemble x e t sono le deviazioni standard RELAZIONI DI INCERTEZZA DI HEISENBERG rappresenta l ensemble x e t sono le deviazioni standard OPERATORI

36 Trento VALUTAZIONE DEL CORSO VALUTAZIONE DEL CORSO

37 Trento

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40

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42 Zollman Rebello Hogg Trento Quantum mechanics for everyone: Hands-on activities integrated with technology D. Zollman, N. Rebello, K. Hogg Kansas State University Per studenti di scuola superiore, di college e anche pi ù su 160 scuole coinvolte Quantum mechanics for everyone: Hands-on activities integrated with technology D. Zollman, N. Rebello, K. Hogg Kansas State University Per studenti di scuola superiore, di college e anche pi ù su 160 scuole coinvolte

43 Trento Uso di Visual Quantum Mechanics Orientato agli apparecchi (per es. LED) Meccanica Solidi e luce Luninescenza ()fosforescenza ecc) Onde e Materia Vedere il molto piccolo: Tunnel quantistico Diagrammi di energia potenziale Fare onde Meccanica Solidi e luce Luninescenza ()fosforescenza ecc) Onde e Materia Vedere il molto piccolo: Tunnel quantistico Diagrammi di energia potenziale Fare onde

44 Dal laboratorio virtuale a…carta e matita Trento

45 Disegnatore di funzioni donda Trento

46 Visual quantum Mechanics Visual Quantum Mechanics © , Physics Education Research Group, Kansas State University. Physics Education Research GroupKansas State University VISUAL QUANTUM MECHANICS Trento

47 Trento Advanced visual quantum mechanics In order to visualize complex numbers we use a color map that associates a unique color with every complex number z = x + i y. The set of complex numbers forms a two-dimensional plane (the "complex plane"). In the image to the left, each point (x,y) of that plane has a unique color (hue and lightness/saturation). A complex number z can be represented by its "absolute value" (or "modulus") abs(z) and by its "argument" (or "phase") arg(z). The absolute value is the distance of z from the origin in the complex plane, arg(z) is the angle between the line from (0,0) to (x,y) and the positive x-axis. The polar representation of z reads z = abs(z) e i arg(z) The color map uses the HLS color system ("hue-lightness-saturation"). The hue represents the argument arg(z) of the complex number z. The absolute value abs(z) is given by the lightness of the color. All colors of the color map have the maximal saturation (with respect to the given lightness). Positive real numbers always appear red. The primary colors appear at phase angles 2 pi/3 (green) and 4 pi/3 (blue). The subtractive colors yellow, cyan, and magenta have the phases pi/3, pi, and 5 pi/3. The poles of a complex function are white, the zeros are black. This color map is obtained by a stereographic projection from the surface of the three-dimensional color space (in the hue-lightness-saturation system) onto the complex plane.

48 Trento f(z) = 1/z

49 Trento This image shows a wave function describing the state |11,5,3> of the electron in the field of a proton (a hydrogen atom). The radius of the figure is about 200 Bohr radii. (1 Bohr radius = 5 x m.) The proton is assumed to be at rest at the center of the image. It is way too small to be visible at this magnification. Another stationary state of the hydrogen atom. The quantum numbers for this example are principal quantum number n = 4, orbital angular momentum quantum number = 2, and magnetic quantum number m = 2 (see Advanced Visual Quantum Mechanics). This image shows an isosurface of the position probability density. The colors describe the complex phases of the wave function according to the standard color map. Created with QuantumGL. Advanced Visual Quantum Mechanicscolor map QuantumGL

50 Trento Hydrogen eigenstate obtained via separation in parabolic coordinates. The quantum numbers for this example are n 1 = 6, n 2 =7, and m = 2 (see Advanced Visual Quantum Mechanics, Section 2.6.) This image shows an isosurface of the position probability density. A part of this surface has been made transparent so that you can look inside. The colors describe the complex phases of the wave function according to the standard color map. Created with QuantumGLAdvanced Visual Quantum Mechanicscolor map QuantumGL

51 Investigating student understanding of quantum physics: Spontaneous models of conductivity M. Wittmann, R. Steinberg, E. Redish University of Maine Corso di Meccanica quantistica per ingegneri

52 Tipica presentazione di modelli di conduttività: 1.Flusso di carica attraverso una certa area 2.Moto casuale con drift 3.Descrizione attraverso diagramma del moto nelle bande Tipica presentazione di modelli di conduttività: 1.Flusso di carica attraverso una certa area 2.Moto casuale con drift 3.Descrizione attraverso diagramma del moto nelle bande Trento

53 Interviste… 13 studenti furono intervistati in dettaglio (9 prima e 4 dopo il corso tradizionale) Interviste… 13 studenti furono intervistati in dettaglio (9 prima e 4 dopo il corso tradizionale) Studente: Perchè gli elettroni fluiscano attraverso il filo, essi devono lasciare latomo. Bisogna fornire loro abbastanza energia perché scappino dalle forze che li tengono nellatmosfera dellatomo, poi si muovono liberamente. Studente: Perchè gli elettroni fluiscano attraverso il filo, essi devono lasciare latomo. Bisogna fornire loro abbastanza energia perché scappino dalle forze che li tengono nellatmosfera dellatomo, poi si muovono liberamente. Studente: Cè una catena a reazione di elettroni…; questo elettrone sarà proiettato sul prossimo atomo e diventa instabile…e via di seguito Studente: Cè una catena a reazione di elettroni…; questo elettrone sarà proiettato sul prossimo atomo e diventa instabile…e via di seguito

54 Modello a bande a partire dalla buca di potenziale finita monodimensionale CURRICULUM PER LA PARTE DI CONDUCIBILITA Modello di Drude e suoi limiti Visual Quantum Mechanics Moto degli elettroni Trento

55 VALUTAZIONE Modificato 1: prima moto degli elettroni, poi modello a bande Modificato 2: prima bande poi moto degli elettroni Stesso tempo di lezione per tutti e 3 gli approcci Modificato 1: prima moto degli elettroni, poi modello a bande Modificato 2: prima bande poi moto degli elettroni Stesso tempo di lezione per tutti e 3 gli approcci Trento

56 Spiegare e Capire in Fisica proposte e percorsi per linsegnamento preuniversitario della fisica Da una Collaborazione di Ricerca ( PRIN 99 ) fra le Università di Milano, Napoli, Palermo, Pavia, Torino, Udine IL PROGETTO UNO SGUARDO DINSIEME PROPOSTE E PERCORSI Copyright © 2002 SeCiF per lintero Sito pctidifi.mi.infn.it/secif Luso e la circolazione non-commerciale del materiale scaricato da questo Sito è benvenuta e incoraggiata, naturalmente a condizione di citarne la fonte

57 Udine Trento M. MICHELINI L. SANTI A. STEFANEL Università di Udine

58 Trento

59 Qualunque sia la direzione permessa v, il versore u determina il comportamento statistico dei fotoni. Lo stato di polarizzazione lineare di un fotone è quindi rappresentato da un vettore in uno spazio bidimensionale SCHEDA 1

60 Trento Operatori lineari In meccanica quantistica a ogni osservabile fisica è associata ad un operatore lineare. Un gioco per capirli Consideriamo un oggetto / un operatore O del tipo a b · Applichiamolo a un vettore c il risultato dell'operazione è un nuovo vettore proporzionale ad a a b · c a è autovettore

61 Torino Trento | Cerca su | ContactCerca su La Meccanica Quantistica con il metodo della somma sui molti cammini di Feynman Mi auguro che riusciate ad accettare la Natura per quella che è: assurda R. Feynman TEORIA OMBRE OSTACOLI

62 Quanta-Mi N. Bergomi, L. Cazzaniga, M. Giliberti, L. Lanz, G. Vegni Mathesis Trento

63 SeCiFSeCiF Spiegare e Capire in Fisica Progetto in cofinanziamento coord. naz.: Prof. Paolo Guidoni MILANO PALERMO PAVIA UDINE OTTICA MECCANICA TERMODINAMICA FISICA QUANTISTICA NAPOLI TORINO Trento

64 PARTICOLARE ATTENZIONE AI FATTI SPERIMENTALI CHE VANNO SCELTI ACCURATAMENTE SCELTA DI UN PERCORSO DIRETTO E RIPULITO DA CONSIDERAZIONI POCO FISICHE PRESENTAZIONE SERIA MA SEPARATA DI FATTI IMPORTANTI DI STORIA DELLA FISICA METODOLOGIA UGUALE A QUELLA UTILIZZATA PER LA DIDATTICA DELLA FC Trento

65 La Fisica è una e di essa dobbiamo fornire un quadro unitario. Per questo motivo la distinzione e, in particolare la frattura tra Fisica Classica e Fisica Moderna non torna utile. E necessario superare la distinzione tra Classico e Moderno e sviluppare le conoscenze solo in base al tipo di fenomenologia e alla profondità della descrizione considerati. Trento

66 Non utilizziamo la cronologia della Fisica come sistema di riferimento rispetto al quale costruire tale quadro coerente Perciò presentiamo una ricostruzione logica delle conoscenze fisiche indipendente dalla ricostruzione fornita dalla successione dei fatti. Indipendente però non vuol dire in opposizione: in alcuni casi lo sviluppo storico delle idee coincide con la logica della nostra presentazione. Trento

67 La Fisica Quantistica non è equivalente alla Meccanica Quantistica. Noi ci ispiriamo alla Teoria Quantistica dei campi La visione del mondo che scaturisce dalle due teorie è, infatti, diversa. La Meccanica Quantistica è ladattamento del mondo newtoniano delle particelle puntiformi ai fenomeni quantistici mentre la Teoria Quantistica dei Campi è levoluzione della teoria dei Campi Classica per rendere conto della quantizzazione. Loggetto primario di questultima teoria è il campo e non le particelle Trento

68 La Fisica non è finita nei primi trentanni del secolo scorso Molte conoscenze acquisite nei 70 anni successivi sono utili per chiarire alcuni punti, altrimenti oscuri, delle teorie quantistiche. Perciò abbiamo preso in considerazione, per quanto possibile, tutto il 900 e non soltanto i sui primi 3 decenni (quindi lavoriamo anche esperimenti recenti). Trento

69 CAMPI DI FORZA CONTINUI LA MATERIA COME UN CONTINUO PACCHETTI DONDA OTTICA E. M. OTTICA MAT. EQ. ONDE MAT. EQ. ONDE E. M. INTERAZIONI E. M. E QUANTI E. M. INTERAZIONI CHIMICHE E QUANTI Grandi somiglianze tra il comportamento dei campi materiali e di forza (non ancora quantizzati). I quanti emergono nelle descrizioni delle interazioni (sia per i campi di forza che per quelli materiali). Non cè frattura tra FC e FM. Schema Trento

70

71 INTERFERENZA INTERPRETAZ. STATISTICA PARTICELLE COME QUANTI DEI CAMPI STATI STAZIONARI RELAZIONI DI HEISENBERG RUTHERFORD SPETTRIFRANCK-HERTZ LIVELLI DI EN. STATO FOND DELLATOMO DI H STRUTTURA ATOMICA Gli esperiment i giocano un ruolo centrale Il punto centrale e il concetto di campo quantizzato Trento

72 ESEMPI SCHEMATICI… Trento

73 ABBIAMO INDICAZIONI ABBASTANZA PRECISE DI COME SVILUPPARE UN PERCORSO SIGNIFICATIVO PROBLEMI DI AI QUALI STIAMO LAVORANDO Introduzione dello spin Estensione alla fisica delle particelle … Formazione insegnanti Continua (SSIS ?) In servizio (SSIS ?) Iniziale (SSIS) Lauree magistrali? Trento

74 I poeti dicono che la scienza allontani dalla bellezza delle stelle: Nientaltro che globi di gas. Nientaltro? Anchio posso vedere le stelle In una notte deserta e palpitare Ma vedo, io, di meno o di più? La vastità dei cieli colpisce La mia immaginazione; Bloccato su questa minuscola giostra Il mio piccolo occhio carpisce la luce Vecchia di milioni di anni… O col più grande occhio di Palomar Posso vedere le stelle Correre via luna dallaltra, Allontanandosi da uno stesso punto Dove forse, erano tutte riunite assieme. I poeti dicono che la scienza allontani dalla bellezza delle stelle: Nientaltro che globi di gas. Nientaltro? Anchio posso vedere le stelle In una notte deserta e palpitare Ma vedo, io, di meno o di più? La vastità dei cieli colpisce La mia immaginazione; Bloccato su questa minuscola giostra Il mio piccolo occhio carpisce la luce Vecchia di milioni di anni… O col più grande occhio di Palomar Posso vedere le stelle Correre via luna dallaltra, Allontanandosi da uno stesso punto Dove forse, erano tutte riunite assieme. Trento

75 Qual è lo schema, O il significato, O il perché? Non nuoce al mistero conoscerlo un po. Perché la verità è di gran lunga più meravigliosa di quanto gli artisti del passato hanno mai immaginato! Perché i poeti del presente non ne parlano? R. Feynman Qual è lo schema, O il significato, O il perché? Non nuoce al mistero conoscerlo un po. Perché la verità è di gran lunga più meravigliosa di quanto gli artisti del passato hanno mai immaginato! Perché i poeti del presente non ne parlano? R. Feynman Trento


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