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 2011 DISCIPLINA : LABORATÓRIO DE ESTRUTURA DA MATÉRIA 2 SÉRIE : 3º ANO CÓDIGO : 10869 03 HORAS PERÍODO: 6º CARGA HORÁRIA SEMANAL : CARGA HORÁRIA SEMESTRAL: 54 HORAS SEMESTRE: 2º COORDENADOR (A) MARISA ALMEIDA CAVALCANTE PROFESSORES: 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:
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.
Compreender os fenômenos físicos relacionados à estrutura microscópica dos átomos e desenvolver experimentos que contribuíram para formar a idéia atual de átomo.
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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. Discussões em grupo e estudo de textos e bibliografia em sala e fora dela. Resolução de questionários de aplicação. Utilização/indicação de vídeos relativos ao assunto em desenvolvimento. Elaboração de pequenos projetos ou seminários para o desenvolvimento em grupo ou individual, quando houver possibilidade. Os resultados obtidos devem ser apresentados na Semana Acadêmica prevista para o mês de outubro. 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. Acompanhamento à distancia utilizando recursos disponíveis no Blog da disciplina http://labempucsp.blogspot.com/ Experimentos em laboratórios virtuais, através de softwares de simulação e recursos de multimídia desenvolvidos pelo GoPEF (Grupo de Pesquisa da PUC/SP). Os 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. (aulas desenvolvidas nos laboratórios de computação do CCET da PUC/SP). 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,DataStudio da Pasco, etc. O aluno receberá através do professor toda a orientação necessária para a utilização destes aplicativos em laboratório.
INSTRUMENTO E CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO Atividades teóricas e/ou experimentais realizadas em sala de aula e à distância através do Teleduc Provas escritas P1, P2 e PS Relatórios dos experimentos realizados Acompanhamento individual durante as aulas, envolvimento do aluno na realização das atividades propostas. 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 nota de atividade para o Laboratório é constituída de: 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, que correspondente a um relatório detalhado escolhido pelo aluno. 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 A = será constituida por Média aritmética das atividades Ri e Ei=MRE e I desenvolvida no Semestre. A= (MRE+2I)/3 P1 P 2 A 5, 0 onde, P1 e P2 são as notas atribuidas as provas P1, Média: M 3 P2. e A é a média das atividades. A Prova PS é uma prova substitutiva e poderá substituir quaisquer uma das duas notas de prova.
RECURSOS NECESSÁRIOS
Equipamentos específicos associados a cada experimento em laboratório. Laboratório de informática com computadores ligados em rede e Internet. Computadores ligados em rede para acesso ao blog http://labempucsp.blogspot.com/. Neste blog, estará disponível o material escrito necessário ao desenvolvimento do curso e softwares de simulação a serem utilizados. Laboratório disponível fora do horário de aula para o desenvolvimento de projetos. Auxílio da Oficina dos laboratórios do CCET 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. Projetor multimídia ou retroprojetor para apresentações dos tópicos e demonstração de softwares. Auxílio da Oficina dos laboratórios da PUC/SP para realização de projetos
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EMENTA
Espectro do hidrogênio. Experiência de Franck- Hertz. Descarga Elétrica em Gases Difração de elétrons. Spin do elétron
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 1. Teoria de Bohr para átomos de hidrogenóides. 2. Séries observadas para o átomo de hidrogênio. 3. Interpretação das séries utilizando o modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio. 4. Verificação experimental da Série de Balmer 5. Determinação experimental da constante de Rydberg para o Hidrogênio 5.1 Utilizando método de projeção com rede de difração 5.2 Utilizando método do espectroscópio de rede de difração 5.3 Utilizando método do espectroscópio de prisma (efetuando curva de calibração do espectroscópio, desenvolver planilha em Excel para a análise); 6. Definição de Potencial Mínimo de ressonância. 7. Determinação experimental do potencial mínimo de ressonância do Hg. 8. Estudo dos fenômenos de condutividade dos gases a baixa pressão em uma ampola de Geissler; observação experimental. 9. Hipótese de De Broglie, comportamento dual da matéria 10. Princípio da complementaridade de Niels Bohr. 11.Difração de elétrons: experiência de Davison-Germer 12.Difração de elétrons por feixe transmitido, experimento de G.P Thomson 13.Simulação Computacional do experimento de G.P Thomson; software desenvolvido pelo GoPEF/PUC-SP 14. Spin do elétron
BIBLIOGRAFIA 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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CARUSO, F. & OGURI, V., Física Moderna: Origens Clássicas e Fundamentos Quânticos, Elsevier, RJ, 2006. 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
Complementar
CAVALCANTE, M.A. & TAVOLARO,C.R.C Física Moderna Experimental, 2ª edição, Editora Manole, Barueri, São Paulo, 2007 CHESMAN, C., ANDRÉ, C., MACÊDO, A., Física Moderna Experimental e Aplicada, 2a. ed., Ed. Livraria da Física, São Paulo, SP, 2004. OLIVEIRA,I. S; Física Moderna para iniciados, interessados e aficionados, V., Editora Livraria da Física, São Paulo, SP, 2005R 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. JOHNS, H. E. & CUNNIGHAM, J. R., The Physics of Radiology, Charles C. Thomas Publisher, Illinois, 1983. 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., RJ, 1965. WHITE, H. E., Introduction to Atomic Spectra, McGraw-Hill B. C., Inc., USA, 1934. CHPOLSKI, E., Physique Atomique, Ed. MIR de Moscou, vol. 1, 1977. 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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ACOSTA, V., COWAN, C. & GRAHAM, B.J., Curso de Física Moderna, Ed. Harla, México, 1975. 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, Addison-Wesley, CA, 1989. Artigos de divulgação cientifica (entre outros):
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, 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, 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 na Internet: http://labempucsp.blogspot.com/ Blog da disciplina em que disponibilizamos material didatico , tais como resumos teoricos apresentação das aulas, roteiros, simulações, links para videos, etc 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://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.
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CRONOGRAMA Semana 4ª feira 1
03/08
2
10/08
3
17/08
4 5
24/08 31/08
6 7
07/09 14/09
8 9 10
21/09 28/09 05/10
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12/10 19/10
13
29/10
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02/11 09/11
Tópicos Aula expositiva Teoria atômica de Bohr – exercícios – Atividade E1 atividade disponível em http://labempucsp.blogspot.com/2009/07/atividade-e1-teoria-de-bohr-eespectro.html Espectro do hidrogênio – lei de Balmer e determinação da constante de Rydberg - atividade experimental – Espectroscópio de rede – Utilização do Tracker para analise espectral Espectro do hidrogênio – lei de Balmer e determinação da constante de Rydberg -atividade experimental - espectroscópio de prisma – http://labempucsp.blogspot.com/2009/09/espectro-do-hidrogenioespectroscopio.html Finalização roteiro Espectro do Hidrogênio Aula expositiva e Experimento de Franck Hertz simulação computacional Atividade E2 disponivel em http://labempucsp.blogspot.com/search/label/Experimento de FranckHertz Data limite para a entrega do relatório Individual para aqueles que optaram por entregar relatório de Franck-Hertz Feriado Experimento de Franck Hertz- Aula Experimental – coleta de dados e disponibilização dos dados em planilha compartilhada http://spreadsheets.google.com/ccc?key=0AqYRUlKRU7QdFktanRmNzFiYmxOUmNlOXFYakwxR2c&hl=pt_BR Finalização roteiro Franck- Hertz e Aula de duvida para a P1 Prova P1 Descarga elétrica em gases – atividade E3 http://labempucsp.blogspot.com/search/label/Descarga%20el%C3%A9tric a%20em%20gases Data limite para a entrega do relatório Individual para aqueles que optaram por entregar relatório de Franck-Hertz Feriado Aula Expositiva hipótese de De Broglie e propriedade ondulatória da matéria - Descrição do método de difração de elétrons por feixe transmitido e demonstração através da simulação – atividade E4 Apresentação disponível em http://labempucsp.blogspot.com/p/downloads-lab-em2.html Atividade E4 disponível em http://labempucsp.blogspot.com/p/downloadslab-em2.html Difração de elétrons experimento Real Manual da phywe disponível em http://labempucsp.blogspot.com/p/downloads-lab-em2.html Feriado Semana acadêmica
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Aula de duvida Data limite para a entrega do relatório Individual para aqueles que optaram por entregar relatório de Difração de elétrons Prova P2 Correção P2 Prova PS
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