PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Faculdade de Matemática, Física e Tecnologia
Plano de Ensino de Disciplina FÍSICA (COM ÊNFASE EM FÍSICA MÉDICA) E/OU LICENCIATURA EM FÍSICA 2012 DISCIPLINA : CÓDIGO : CARGA HORÁRIA SEMANAL : CARGA HORÁRIA ANUAL : COORDENADOR (A) : PROFESSORES :
Instrumentação para o Ensino de Física 1
02057 03 horas 54 horas Marisa Almeida Cavalcante Marisa Almeida Cavalcante
SÉRIE : 3ºano/5ºperiodo
OBJETIVOS Gerais Proporcionar competências e habilidades para que o aluno ou futuro professor possa compreender melhor o desenvolvimento da Ciência do século XX, fornecendo os requisitos básicos para o conhecimento das formas contemporâneas de linguagem garantindo uma discussão ampla sobre as possibilidades de inserir Física Moderna como tema obrigatório de Física a ser ensinada no ensino médio Específicos Abordar tópicos de Física Moderna com ênfase em projeção didática, principalmente o aspecto da dualidade, dentro de uma concepção histórica experimental, permitindo ao futuro professor o projeto e desenvolvimento de recursos experimentais de baixo custo.
PROCEDIMENTOS DE ENSINO
Cada aula consistirá da combinação adequada de: Aulas expositivas, visando apresentação do problema que será abordado e fornecendo os requisitos teóricos necessários para o seu entendimento. Experimentos em Laboratório real. O aluno efetua medidas e observações qualitativas, permitindo-lhe vivenciar uma série de fenômenos importantes para a compreensão dos conceitos desenvolvidos. Experimentos em laboratórios virtuais, através de softwares de simulação e recursos de multimídia disponíveis nos laboratórios da PUC/SP e disponíveis no Teleduc Simulação de Experimentos em java , disponíveis em sites específicos da Internet.(aulas desenvolvidas nos laboratórios de computação do CCET da PUC/SP e a distancia). Utilização de vídeos relativos ao assunto em desenvolvimento. Atividades teóricas e experimentais, em grupo ou individuais para Rua Marquês de Paranaguá, 111 – Consolação – São Paulo – SP – 01303-050 – tel (55-11) 3124.7212 – fax (55-11) 3124.7213 http://www.pucsp.br/cce – e-mail: secexatast@pucsp.br
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acompanhamento do nível de aprendizado do aluno. Elaboração de pequenos projetos para o desenvolvimento em grupo ou individual, quando houver interesse dos alunos. Os resultados obtidos devem ser apresentados na semana da Física prevista anualmente para o inicio do mês de setembro. Elaboração de relatórios dos experimentos virtuais e/ou reais realizados.
INSTRUMENTOS E CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO
Projetos desenvolvidos e apresentados na Semana da Física Provas e Atividades teóricas e/ou experimentais realizadas em sala de aula Relatórios dos experimentos realizados Acompanhamento individual durante as aulas, envolvimento do aluno na realização das atividades propostas. Acompanhamento a distancia através de blogs criados pelos estudantes
RECURSOS NECESSÁRIOS
Equipamentos específicos associados a cada experimento em geral de baixo custo e facilmente reprodutíveis. Kits experimentais da EXPERIMENTOTECA em Física para o Ensino Médio. Laboratório de informática com computadores ligados em rede e Internet. Para desenvolvimento de experimentos virtuais. Projetor multimídia para demonstração de softwares Aparelho de TV e Vídeo e sala para apresentação Auxílio da Oficina dos laboratórios da PUC/SP para realização de projetos.
Ementa
Fenômenos Ondulatórios (energia carregada por uma onda) Teoria ondulatória da radiação Espectro eletromagnético Interação da radiação com a matéria tomando como exemplo particular os Raios X e raios gama. Polarização. Diferentes modos de polarização e análise do feixe polarizado - Lei de Malus - (polarização por reflexão, o ângulo de Brewster e, por materiais dicróicos) - Verificar aplicações no cotidiano Interferência, condições para interferência destrutiva e construtiva e demonstração experimental da lei de interferência das frestas de Young. Difração e Redes de difração Noções sobre espectros, contínuos, atômicos e laser - Noções do modelo atômico de Bohr. Comentários sobre a descoberta do núcleo contribuições de Rutherford - espalhamento de partículas alfa - Experimento de Geiger Marsden Determinação experimental de comprimentos de onda utilizando redes de
Rua Marquês de Paranaguá, 111 – Consolação – São Paulo – SP – 01303-050 – tel (55-11) 3124.7212 – fax (55-11) 3124.7213 http://www.pucsp.br/cce – e-mail: secexatast@pucsp.br
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difração Determinação experimental do número de sulcos /mm de um CD Utilização de compact disc (CD) para a obtenção de espectros. Obtenção de anéis de interferência através de CD Estudo de resolução de filtros. Comportamento corpuscular da luz e o Efeito Fotoelétrico Utilização de um eletroscópio super sensível para a verificação de que na interação luz e metal, são emitidas cargas negativas. Determinação da constante de Planck. Utilização de softwares de simulação para o estudo do Efeito Fotoelétrico Sensores ópticos e algumas aplicações experimentais: lei do inverso do quadrado da distancia através de duas técnicas distintas; utilizando sensores e, através da área projetada por figuras de uma ponteira laser. Natureza Dual da radiação. Simulação Computacional da experiência de J J Thomson de determinação da carga específica do elétron ( comportamento corpuscular do elétron) Difração de raios X - angulo de Bragg Difração de elétrons e a teoria de De Broglie Analogia entre os resultados dos diferentes espectros obtidos através de um CD e a imagem de difração de elétrons por feixe transmitido (difração de G.P Thomson). Dualidade Onda - Partícula Principio das Incertezas de Heisenberg (interpretação física) Densidade de probabilidade (interpretação física). Modelo atômico quântico (interpretação física).
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO A questão da introdução de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, tem sido abordada por muitos pesquisadores na área de ensino, visto que o seu entendimento aparece como uma necessidade para compreender os fenômenos ligados a situações vividas pelos estudantes, sejam de origem natural ou de origem tecnológica. Dentre os diferentes tópicos que podem ser abordados procuramos encontrar um que nos permitisse discutir principalmente os fundamentos da física moderna, por isso, neste curso, focalizaremos, nossa atenção ao estudo do comportamento dual. Acreditamos que, com esta abordagem, podemos contextualizar as principais características da física moderna e fornecer um amplo panorama da física deste século. Para a formulação de um modelo adequado do princípio da dualidade, iremos estudar os fenômenos de interferência e difração da luz. Neste curso o professor terá a oportunidade de trabalhar experimentalmente com os aspectos dual da luz, realizando experiências extremamente simples, que inclusive poderão ser posteriormente, por ele reproduzidas em sala de aula (por exemplo: obtenção de espectros utilizando um CD como rede de difração; obter figuras de interferência utilizando uma simples lanterna e um orifício, efeito foto-voltaico utilizando sensores de calculadoras solares, etc..). Assim, espera-se que o aluno/professor seja capaz de caracterizar e identificar Rua Marquês de Paranaguá, 111 – Consolação – São Paulo – SP – 01303-050 – tel (55-11) 3124.7212 – fax (55-11) 3124.7213 http://www.pucsp.br/cce – e-mail: secexatast@pucsp.br
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esses comportamentos e associa-los com o modelo desenvolvido. Outros recursos serão ainda utilizados tais como: vídeos e softwares de simulação permitindo um melhor entendimento sobre o princípio da dualidade onda - partícula. Nesta disciplina o aluno deve trabalhar com um KiT pré montado. Esse Kit é composto de material caseiro, mas com uma adequação didática e de apresentação, projetada e construída pelo GoPEF.Durante o desenvolvimento do curso aluno irá montando o kit e executando as observações experimentais relevantes.
Cronograma SEMANA
TÓPICOS
ROTEIRO
AULAS
1
Apresentação do programa Aula introdutória Expositiva– Natureza da luz, comprimento de onda e freqüência e espectro eletromagnético. Interferência Utilização de simuladores (tarefa: montar vídeo aula - com legenda) Difração da Luz – Uso de Simuladores (montar vídeo aula) Continuação Difração e Interferência - Inicio parte Experimental Determinação da espessura de um fio de cabelo – KIT do CDCC Determinação no numero de sulcos de um CD – kit CDCC e kit Gopef – por reflexão e por transmissão. Congresso Determinação de comprimento de onda utilizando CD método de projeção Calibração dos espectroscópios do CDCC – Caixinha para analise espectral - Discussões sobre possibilidades reais de implantação de ótica física no EM e como a Física Moderna pode ser inserida a partir do estudo de espectros Calibração dos espectroscópios do CDCC (continuação) Teste Kit - espectroscopia Aula expositiva – comportamento corpuscular da Luz – Efeito Fotoelétrico- simulação computacional Congresso Determinação da constante de Planck utilizando leds – por emissão. Qualitativo Aplicações – fotosensores – espectrofotômetro didático Aula expositiva - Comportamento dual da luz e comportamento ondulatório de partículas Difração de elétrons – simulação computacional Feriado Difração de Elétrons com o Tracker Prova P2 – Experimental aplicação KIT presencialmente Fechamento de Nota do semestre
-R1
09/02
2 3 4 5 6
7
8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
16/02 R2 R3 R4 R5
23/02 01/03 08/03 15/03 22/03
R6
29/03
R7 05/04 R7
12/04 19/04
26/04 R8 R9
03/05 10/05 17/05
R10
31/05 07/06 14/06 21/06 28/06
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AVALIAÇÃO
Acompanhamento do blog criado pelos estudantes para postagem dos roteiros. Cada roteiro deverá ter; um vídeo explicando o procedimento, dados coletados e resultados e a proposta de um roteiro simplificado para ser aplicado no Ensino Médio em aula de 50 min. A media final destes roteiros será a nota de P1 Cada estudante deverá montar o seu próprio kit e deverá utilizá-lo na prova P2, que será presencial e experimental Acompanhamento individual durante as aulas, envolvimento do aluno na realização das atividades propostas. A media Final MF= (P1+P2)/2
PRÉ-REQUISITO - DISCIPLINAS Não há pré-requisitos para esta disciplina
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BIBLIOGRAFIA BÁSICA
CAVALCANTE M.A & TAVOLARO C.R.C. Física Moderna Experimental – editora Manole 2a. edição- 2007. BROGUEIRA P; PEÑA T; NORONHA A.; PIMENTA M.; DEUS J.D, Introdução à Física. Ed.McGraw-Hill de Portugal.- 2a. ed., 2000. HECHT, E. Óptica, 2a edição, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 2002. BORN, M., Física Moderna - Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 4 a.ed. 1986 EISBERG, R. M & RESNICK,R., Física Quântica - Ed Campus –1994
COMPLEMENTAR
GILBERT,A., 0rigens Históricas da Física Moderna - Introdução Abreviada- Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa –1982. CHPOLSKI, E. Physique Atomique - Ed de Moscou –vol II –1978 WHITE, H.E. Introduction to Atomic Spectra - Ed Mac Graw Hill B. C. ,Inc USA, 1934. EISBERG, R. M, Fundamentos da Física Moderna - Guanabara Dois. RJ. 1979. HOAG,J.B. & KORFF,S.A. Electron and Nuclear Physics. D. Van Nostrand Company, Inc., 3ª. Ed, NY, 1948. GUINIER,A, A Estrutura da Matéria. Do céu azul ao material Plástico - EDUSP - 1996. FERREIRA A A; LOURENÇO M.F; BAGNATO,V.S. “Espalhamento: observando o desconhecido indiretamente”. Revista Brasileira de Ensino de Física. Vol 21. N.o 1, pp 122 a 126.Março de 1999.
CAVALCANTE M A; PIFFER A E NAKAMURA P. “O uso da internet na compreensão de temas de Física Moderna para o Ensino Médio” . Revista Brasileira de Ensino de Física. Vol 23. N.o 1, pp 108 a 112. Março de 2001
CAVALCANTE, M.A.; TAVOLARO,C.R.C. “Experiências em Física Moderna.” Física na Escola Vol 6.no1, pp 75 a 82, 2005
Artigos de divulgação científica em jornais e revistas;
Revistas científicas, Revista brasileira de ensino de Física.
Alguns sítios na internet: http://educar.sc.usp.br/experimentoteca/ centro de divulgação cientifica de São Carlos- Utimo acesso em 12/02/08 http://www.seara.ufc.br/tintim/fisica/tintimfisica.htm Excelente site sobre temas em Física com aplicações em diferentes campos da Fisica.Ultimo acesso em 12/02/08 http://www.pucsp.br/gopef site do grupo de pesquisa em ensino de Fisica da PUC/SP onde uma serie de trabalhos em Fisica Moderna Experimental podem ser encontrados alem de outras aplicações em ensino.Utimo acesso em 12/02/08
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm : Esta página possibilita baixar os arquivos que contêm as simulações em java utilizadas nas atividades desenvolvidas no laboratório. Ultimo acesso em 12/02/08.
Rua Marquês de Paranaguá, 111 – Consolação – São Paulo – SP – 01303-050 – tel (55-11) 3124.7212 – fax (55-11) 3124.7213 http://www.pucsp.br/cce – e-mail: secexatast@pucsp.br