Plano de Ensino de Lab de EM 1 -2009 by Marisa Cavalcante

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 2009 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 no Teleduc. ( http://www.teleduc.pucsp.br ) •

Criação de um ambiente virtual de aprendizagem para compartilhamento e interatividade entre os participantes do curso (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:

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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 ( relatório1) A 4. Experimento sobre Análise Espectral. Análise de espectros discretos e resolução de redes de difração (relatório2) A 5. Verificação Experimental da Lei de Stefan Boltzmann e pirômetro ótico (relatório3) 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 ‐ (relatório 04) B.4 Método de Hélice de Bush; execução do experimento – (relatório 05) B.5 Método de Thomson: Experimento Virtual ‐ Software de Simulação e material multimídia – (E3). C.1 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.2 Determinação Experimental da constante de Planck ‐ (relatório6) C.3 Obtenção experimental da curva característica de uma Célula Fotoelétrica e verificação da dependência da intensidade de luz sobre o Efeito (relatório 07) D.1 Determinação da Carga do Elétron ‐ Experiência de Millikan – Atividade E4 D.2 Parte experimental verificação de que a carga de uma gota de óleo pode ser estatisticamente dada por um múltiplo inteiro da carga do elétron. (Relatório 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: secexatas@pucsp.br

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D.3 Simulação computacional do Experimento de Millikan. (relatório 09).

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): 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.; TAVOLARO,C.R.C. “Experiências em Física Moderna.” Física na Escola Vol 6.no1, pp 75 a 82, 2005. • 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.

CRONOGRAMA

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Tópico

Dia

Semana

11/02

1a.

‐

18/02

2a.

A1 A2

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.(E1)

04/03

3a.

A3 A4

Experimento sobre Análise Espectral. Análise espectro contínuo e resolução de Filtros (R1) ‐ Turma A. Experimento sobre Análise Espectral. Análise de espectros discretos e resolução de redes de difração (R2A). Turma B Utilização do espectrofotômetro da Pasco‐ espectro do Hg‐ Turma C (R2B)

11/03

4a.

A3 A4

Experimento sobre Análise Espectral. Análise espectro contínuo e resolução de Filtros (R1) turma B. Experimento sobre Análise Espectral. Análise de espectros discretos e resolução de redes de difração (R2A).Turma A Utilização do espectrofotômetro da Pasco – espectro do Hg‐ Turma C (R2B)

18/03

5a.

A3 A4

25/03

Verificação da Lei de Stefan‐Boltzmann e Pirômetro ótico (R3)

01/04

7a.

Verificação da Lei de Stefan‐Boltzmann e Pirômetro ótico

08/04

8a.

15/04

Descrição dos Tópicos previstos Semana de recepção organizada pela coordenação de curso. Aula Magna

Prova P1 B1 B4

Aula expositiva 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. Acesso no teleduc E2

22/04

10a

B2 B3

Método de Lenard; execução do experimento ‐ (R4). Turma A. Experimento obtendo ordem de grandeza (R5) Turma B.

Método de Bush ‐

29/04

11ª.

B2 B3

Método de Lenard; execução do experimento (R4). ‐ Turma B. Experimento obtendo ordem de grandeza (R5 )Turma A.

Método de Bush‐

06/05

12ª.

Aula Expositiva (E3) . Efeito fotoelétrico‐ simulações exercícios ‐ Comportamento corpuscular da radiação. Comportamento Dual e suas conseqüências conceituais. Teoria de Einsten 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 Teleduc,

13/05

13ª.

C2 C3

Determinação Experimental da constante de Planck ‐ montagem Phywe/Pasco ‐ (R6) Obtenção experimental da curva característica de uma Célula Fotoelétrica e verificação da dependência da intensidade de luz sobre o Efeito (R7).

20/05

14a.

C2 C3

27/05

15a. a

Prova P2

03/06

16 .

D1 D2

Aula expositiva – determinação da carga do elétron – Experimento de Millikan –E4 ‐ Apresentação da Simulação computacional (R8) e da montagem experimental

10/06

17a.

Experimento de Millikan ‐ experimento real (R9)

17/06

Prova PS

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