PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Faculdade de Matemática, Física e Tecnologia
Plano de Ensino de Disciplina FÍSICA MÉDICA E/OU LICENCIATURA EM FÍSICA 2012 DISCIPLINA : CÓDIGO : CARGA HORÁRIA SEMANAL : CARGA HORÁRIA SEMESTRAL: COORDENADOR (A) : PROFESSORES :
LABORATÓRIO DE ESTRUTURA DA MATÉRIA 1 08680 SÉRIE : 5º PERÍODO. 03 HORAS 54 HORAS MARISA ALMEIDA CAVALCANTE MARISA ALMEIDA CAVALCANTE
OBJETIVOS Gerais Fornecer subsídios para que os alunos possam: Compreender os experimentos e teorias físicas fundamentais, desde o final do século XIX até quase a metade do século XX, que conduziram a uma visão mais complexa e satisfatória da natureza da radiação eletromagnética e da estrutura atômica da matéria; Desenvolver a capacidade critica de observação de processos físicos e sua interligação com o desenvolvimento tecnológico atual. Reconhecer que a Física é uma ciência em constante evolução, num processo orgânico para o qual é sempre possível contribuir. Específicos Fornecer subsídios para que os alunos possam, dentro de uma perspectiva histórica e contextualizada:
Reconhecer que a teoria quântica da radiação pode complementar a visão do eletromagnetismo clássico a respeito da natureza das radiações eletromagnéticas;
Identificar através de processos experimentais o confronto entre os conceitos da Física Clássica e as grandes descobertas da Física do século XX;
Interpretar a teoria quântica da matéria e da radiação, identificando a dualidade como propriedade inerente da natureza.
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: secexatas@pucsp.br
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Compreender os fenômenos físicos relacionados à estrutura microscópica dos átomos e desenvolver experimentos que contribuíram para formar a idéia atual de átomo.
PROCEDIMENTOS DE ENSINO O curso será desenvolvido por meio de:
Aulas expositivas, visando apresentação do problema que será abordado e fornecendo os requisitos teóricos necessários para o seu entendimento.
Realizar 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 na Física Moderna.
Realizar experimentos em laboratórios virtuais, através de softwares de simulação e recursos de multimídia desenvolvidos pelo GoPEF (Grupo de Pesquisa da PUC/SP). Estes Softwares de simulação e material multimídia são elementos adicionais que, permitem uma maior compreensão dos fenômenos físicos.
Simulação de Experimentos em java , disponíveis em sites específicos da Internet. Elaboração de relatórios dos experimentos virtuais e/ou reais realizados. Toda a análise dos resultados obtidos em laboratório será efetuada com auxílio de softwares aplicativos, tais como ; Lotus, Excel, Graphical Analysis, etc. O aluno receberá através do professor toda a orientação necessária para a utilização destes aplicativos em laboratório.
Discussões em grupo e estudo de textos e bibliografia em sala e fora dela.Resolução de atividades relacionadas às aulas expositivas.Utilização/indicação de vídeos relativos ao assunto em desenvolvimento.
Elaboração de pequenos projetos ou seminários para o desenvolvimento em grupo ou 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: secexatas@pucsp.br
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individual, quando houver possibilidade. Acompanhamento a distancia utilizando recursos disponíveis em um ambiente virtual de aprendizagem para compartilhamento e interatividade
entre
os
participantes
do
curso
no
blog
http://www.labempucsp.blogspot.com/
INSTRUMENTO E CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO Atividades e Provas teóricas e/ou experimentais realizadas em sala de aula e à distancia através do teleduc.
Relatórios dos experimentos realizados
Acompanhamento individual durante as aulas, envolvimento do aluno na
realização das atividades propostas.
A nota de atividade para o Laboratório é constituída de:
Provas P1, P2 e PS provas escritas e realizadas presencialmente.
Atividades Ei , que correspondem a exercícios que devem ser resolvidas em sala de aula e que abordam o tema desenvolvido nas aulas expositivas (em grupo com no máximo 3 alunos) Atividades Ri, que correspondem a sumario dos relatórios, contendo os dados obtidos, cálculos, gráficos que devem ser resolvidos em sala de aula e entregues no dia em que o experimento foi desenvolvido (em grupos com no máximo 3 alunos). Atividades I.i, que correspondem a relatórios detalhados. Esta atividade deve ser desenvolvida individualmente e entregue na data estabelecida no cronograma. Este relatório deve apresentar introdução teórica, descrição detalhada do material utilizado e esquema da montagem, procedimento detalhado, dados obtidos, gráficos e conclusão analisando os resultados obtidos. Desse modo, temos: Média de atividade A1 (laboratório) = Média aritmética das atividades Ei, Ri e I.i desenvolvidas no 1o. Semestre. A média final da disciplina de Lab de EM será calculada na forma geral aprovada para o Curso de Física: 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: secexatas@pucsp.br
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MF= (P1+P2+A)/3 Onde a nota de PS poderá substituir as notas de P1 ou P2.
RECURSOS NECESSÁRIOS
Equipamentos específicos associados a cada experimento em laboratório.
Projetor multimídia para apresentações dos tópicos e demonstração de softwares.
Aparelho de TV e Vídeo e sala para apresentação
Alguns equipamentos experimentais para demonstrações.
Laboratório de informática com computadores ligados em rede e Internet e uma área especifica para trabalho em Estrutura da Matéria para acesso dos alunos. Nesta área deve ficar disponível o material escrito necessário ao desenvolvimento do curso e softwares de simulação que deverão ser utilizados.
Laboratório disponível fora do horário de aula para o desenvolvimento de projetos.
Auxílio da Oficina dos laboratórios da PUC/SP para realização de projetos.
Pequenas verbas, da coordenação dos laboratórios, para a compra de materiais de pequeno porte para desenvolvimento de projetos.
Acervo da biblioteca.
EMENTA A disciplina estuda as descobertas marcantes do final do século XIX e início do século XX, que conduziram ao desenvolvimento da Física Quântica. Serão abordados os seguintes tópicos: Tópico A: Espectroscopia e Verificação da lei de Stefan-Boltzmann Tópico B: Raios Catódicos e a determinação da carga específica do elétron. Tópico C: Efeito Fotoelétrico Tópico D: Experiência de MilliKan - Determinação da carga do elétron
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 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: secexatas@pucsp.br
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A 1. Radiação eletromagnética - Espectro eletromagnético. Comprimento de onda e freqüência. Fenômenos de Interferência e difração. Atividade E1 A 2. Classificação espectral. Espectros de absorção e emissão. Espectroscópios. Descrição do conjunto de experiências que devem ser realizadas relacionadas a Análise Espectrais. A 3. Experimento sobre Análise Espectral. Análise espectro contínuo e resolução de Filtros Experimento sobre Análise Espectral. Análise de espectros discretos e resolução de redes de difração Verificação Experimental da Lei de Stefan Boltzmann e pirômetro ótico B.1 Raios Catódicos e a descoberta do elétron. Verificação experimental de algumas propriedades dos Raios Catódicos. B.2 Determinação da carga específica do elétron - Método de Bush, Método de J.J. Thomson e Método de Lenard. Atividade E2 B.3 Método de Lenard; execução do experimento B.4 Método de Hélice de Bush; execução do experimento – C.1 Método de Thomson: Experimento Virtual - Software de Simulação e material multimídia C.2 Comportamento corpuscular da radiação. Comportamento Dual e suas conseqüências conceituais. Teoria de Einstein para o Efeito Fotoelétrico
e Definição de curva
característica de uma célula fotoelétrica. Aula Expositiva e Exercícios. Atividade E3 C.3 Determinação Experimental da constante de Planck D.1 Obtenção experimental da curva característica de uma Célula Fotoelétrica e verificação da dependência da intensidade de luz sobre o Efeito D.2 Determinação da Carga do Elétron - Experiência de Millikan – D.3 Parte experimental verificação de que a carga de uma gota de óleo pode ser estatisticamente dada por um múltiplo inteiro da carga do elétron. D.4 Simulação computacional do Experimento de Millikan
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BIBLIOGRAFIA Básica
EISBERG, R. M. & RESNICK, R., Física Quântica, Ed. Campus Ltda, RJ, 1994.
BEISER, A., Concepts of Modern Physics, McGraw-Hill, Inc., 5a. ed., New York, 1995.
BROGUEIRA P; PEÑA T; NORONHA A.; PIMENTA M.; DEUS J.D, Introdução à Física, Ed.McGraw-Hill de Portugal, 2a. ed., 2000.
CAVALCANTE, M.A. & TAVOLARO, C.R.C., Física Moderna Experimental,2ª.edição revisada. Ed. Manole, SP, 2007 Complementar PESSOA JR., O., Conceitos de Física Quântica, Ed. Livraria da Física, São Paulo, SP, 2003. CHESMAN, C., ANDRÉ, C., MACÊDO, A., Física Moderna Experimental e Aplicada, 2a. ed., Ed. Livraria da Física, São Paulo, SP, 2004.
RICHTMYER, F.K., KENNARD, E.H. & COOPER, J., Introduction to Modern Physics, 6th Ed., McGraw-Hill, Inc., New York, 1969.
BORN, M., Física Atômica, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 4a. ed., 1986. GIBERT, A., Origens Históricas da Física Moderna, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1982. KRANE, K. S., Modern Physics, John Wiley & Sons, 2nd. Ed., New York, 1996. SERWAY, R.A., MOSES, C.J., MOYER, C.A., Modern Physics, Saunders College Publ., 2nd. Ed., USA, 1997. GUINIER, A, A Estrutura da Matéria. Do céu azul ao material Plástico - EDUSP - 1996. KAPLAN, I., Física Nuclear, Ed. Guanabara Dois S.A., 2a. ed., RJ, 1978. WEHR, M.R. & RICHARD, J.A. , Física do Átomo, Ao Livro Técnico S.A., 1965, RJ. WHITE, H. E., Introduction to Atomic Spectra, McGraw-Hill B. C., Inc., USA, 1934. CHPOLSKI, E., Physique Atomique, Ed. de Moscou, vol. 1. ACOSTA, V., COWAN, C. & GRAHAM, B.J., Curso de Física Moderna, Ed. Harla, México. SEMAT, H., Introduction to Atomic and Nuclear Physics, Farrar & Rinehart, Inc., NY, 1954. HOAG, J.B. & KORFF, S.A., Electron and Nuclear Physics, D. Van Nostrand Company, Inc., 3d. ed., NY, 1948. FEYNMAN, R.P., LEIGHTON, R.B. & SANDS, M., The Feynman Lectures on Physics. Artigos de divulgação cientifica (entre outros): CAVALCANTE, M.A.; TAVOLARO,C.R.C. “Experiências em Física Moderna.” Física na Escola Vol 6.no1, pp 75 a 82, 2005. 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: secexatas@pucsp.br
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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, 2001. TERINI, R. A., CAVALCANTE, M. A., PAES, C. E. B., S. VICENTE, V. E. J., “Utilização de Métodos Computacionais no Ensino: a Experiência de Geiger e Marsden do Espalhamento de Partículas Alfa”, Caderno Catarinense de Ensino de Física, vol. 11, No.1, p. 33-42, 1994. Periódicos (entre outros): Physics Today e Scientific American – Recentes desenvolvimentos da Física Quântica. Revista Brasileira de Ensino de Física – Recentes desenvolvimentos no ensino de Física Moderna Sites e Blogs na Internet:
http://www.labempucsp.blogspot.com/ Blog da disciplina que permitirá maior interatividade entre os participantes do curso
http://www.fisicamodernaexperimental.blogspot.com/ Blog do livro paradidático CAVALCANTE, M.A. & TAVOLARO, C.R.C., Física Moderna Experimental,2ª.edição revisada. Ed. Manole, SP, 2007
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum - material teórico em bom nível e ilustrado.
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.
http://mesonpi.cat.cbpf.br/marisa : considerações sobre o uso de novas tecnologias no ensino de física.
http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/lab/lab.htm : simulações em java sobre experimentos de óptica física.
http://cref.if.ufrgs.br/ Centro de Referência para o Ensino de Física da UFRGS – pode-se realizar alguns experimentos de Física Moderna Remotamente.
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: secexatas@pucsp.br
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CRONOGRAMA Cronograma
Dia 08/02
Apresentação de programa
15/02
Aula expositiva atividade E1. Ampola de Geissler descrição geral e retrospectiva histórica levando em conta o desenvolvimento de sistemas de alto vácuo que deram origem a descoberta de Raios Catódicos e ao desenvolvimento de tubos de descarga elétrica tais como tubos de Plucker. Analise espectral da luz emitida pelos tubos de descarga: Radiação eletromagnética - Espectro eletromagnético. Comprimento de onda e freqüência. Fenômenos de Interferência e difração. Classificação espectral. Espectros de absorção e emissão. Espectroscópios. Descrição do conjunto de experiências que devem ser realizadas relacionadas à Análise Espectrais. Apresentação disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2009/02/aula-espectroscopia-apresentacao.html Atividade E1 disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/02/atividade-e1-espectroscopia-2010.html
29/02
Experimento sobre Análise Espectral. Análise espectro contínuo e resolução de Filtros (R1A) -Turma A. Experimento sobre Análise Espectral. Análise de espectros discretos e resolução de redes de difração (R1B). Turma B Utilização do espectrofotômetro da Pasco- espectro do Hg- Turma C (R1C) Roteiros disponíveis em R1 espectroscopia (parte A e B) http://labempucsp.blogspot.com/2010/02/roteiro-r1espectroscopia.html R1 parte C http://labempucsp.blogspot.com/2010/02/roteiro-r1-espectrofotometro.html
07/03
Experimento sobre Análise Espectral. Análise espectro contínuo e resolução de Filtros (R1A) -Turma A. Experimento sobre Análise Espectral. Análise de espectros discretos e resolução de redes de difração (R1B). Turma B Utilização do espectrofotômetro da Pasco- espectro do Hg- Turma C (R1C) Roteiros disponíveis em R1 espectroscopia (parte A e B) http://labempucsp.blogspot.com/2010/02/roteiro-r1espectroscopia.html R1 parte C http://labempucsp.blogspot.com/2010/02/roteiro-r1-espectrofotometro.html
14/03
Experimento sobre Análise Espectral. Análise espectro contínuo e resolução de Filtros (R1A) -Turma A. Experimento sobre Análise Espectral. Análise de espectros discretos e resolução de redes de difração (R1B). Turma B Utilização do espectrofotômetro da Pasco- espectro do Hg- Turma C (R1C) Roteiros disponíveis em R1 espectroscopia (parte A e B) http://labempucsp.blogspot.com/2010/02/roteiro-r1espectroscopia.html R1 parte C http://labempucsp.blogspot.com/2010/02/roteiro-r1-espectrofotometro.html
21/03
Participação Evento
28/03
Aula expositiva Atividade E2. Raios Catódicos e a descoberta do elétron. Verificação experimental de algumas propriedades dos Raios Catódicos. Determinação da carga específica do elétron – Método de Bush, Método de Sr. J.J.Thomson e Método de Lenard. Aula expositiva, simulação e experimento virtual nos computadores no Laboratório.
Apresentação disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2009/03/apresentacao-aula-sobre-raioscatodicos.html Atividade E2 disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/03/atividade-e2-raios-catodicos.html 04/04
Método de Lenard; execução do experimento - (R2a). Turma A. Método de Bush - Experimento obtendo ordem de grandeza (R2b) Turma B.
Roteiros e Resumo teórico de cada experimento disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/03/pasta-com-roteiros-e-resumos-teoricos.html 11/04
Método de Lenard; execução do experimento - (R2a). Turma A. Método de Bush - Experimento obtendo ordem de grandeza (R2b) Turma B.
Roteiros e Resumo teórico de cada experimento disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/03/pasta-com-roteiros-e-resumos-teoricos.html
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18/04
Método de Lenard; execução do experimento - (R2a). Turma A. Método de Bush - Experimento obtendo ordem de grandeza (R2b) Turma B. Aula de Dúvida
25/04
Participação evento Científico
02/05
Prova P1
09/05
Aula Expositiva (E3). Efeito fotoelétrico- simulações exercícios - Comportamento corpuscular da radiação. Comportamento Dual e suas conseqüências conceituais. Teoria de Einstein para o Efeito Fotoelétrico e definição de curva característica de uma célula fotoelétrica. A simulação utilizada para o Efeito Fotoelétrico pode ser obtida através do blog, Atividade E3 e pasta com roteiros e resumo teórico sobre Efeito Fotoelétrico disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/03/atividades-e-roteiros-sobre-efeito.html
16/05
Determinação Experimental da constante de Planck - montagem Phywe/Pasco - (R3a) Obtenção experimental da curva característica de uma Célula Fotoelétrica e verificação da dependência da intensidade de luz sobre o Efeito (R3b). Roteiros e resumo teórico sobre Efeito Fotoelétrico disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/03/atividades-e-roteiros-sobre-efeito.html
23/05
Determinação Experimental da constante de Planck - montagem Phywe/Pasco - (R3a) Obtenção experimental da curva característica de uma Célula Fotoelétrica e verificação da dependência da intensidade de luz sobre o Efeito (R3b). Roteiros e resumo teórico sobre Efeito Fotoelétrico disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/03/atividades-e-roteiros-sobre-efeito.html
30/05
Aula expositiva – determinação da carga do elétron – Experimento de Millikan –E4 - Apresentação da Simulação computacional e da montagem experimental Atividade E4 e roteiro disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/04/millikan-atividade-e4-e-roteiror5-2010.html
06/06
Experimento de Millikan - experimento real (R4)- uso do tracker –software de Analise de Movimento para estudar a velocidade de queda e de subida da gota Atividade E4 e roteiro disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2010/04/millikan-atividade-e4-e-roteiror5-2010.html
13/06
Prova P2
20/06
Correção e Dúvida
27/06
Prova PS
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