Submitted by DANILO CARDOSO FERREIRA null (danilofunesp@hotmail.com) on 2016-01-15T16:37:27Z No. of bitstreams: 1 DaniloCardosoFerreiraDissertação.pdf: 18302953 bytes, checksum: 3c2360f40af22ce571ff0f502e07fce0 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-01-18T11:54:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ferreira_dc_me_prud_par.pdf: 828636 bytes, checksum: 12854c3c461e55dc7897bb0c5127d4a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-18T11:54:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ferreira_dc_me_prud_par.pdf: 828636 bytes, checksum: 12854c3c461e55dc7897bb0c5127d4a8 (MD5) Previous issue date: 2015-12-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A mecânica quântica é uma das áreas da Física que surgiu em meados de 1900 e permanece em desenvolvimento até os dias atuais. Diversos aparatos tecnológicos são consequência deste importante ramo da Física que também contribui com a Medicina, Matemática, Filosofia, Literatura e Biologia. Logo, é imprescindível que o contato com esta ciência ocorra no contexto do ensino médio. Para inserir o estudante no mundo da mecânica quântica, isto é, na física do infinitamente pequeno, o aluno deve abandonar o pensamento clássico e pensar em termos do comportamento quântico e do indeterminismo no processo de medida, isto é, desenvolver a capacidade de abstração. Sendo este, o objetivo deste trabalho. Para tanto, foi escolhido o experimento da dupla fenda que permite trabalhar com a dualidade onda-partícula do elétron e do fóton. Por meio deste experimento, o aluno pode ser inserido paulatinamente numa trajetória rumo a descrição quântica necessária para o exame dos fenômenos subatômicos. A análise experimental é cuidadosamente realizada com o auxílio de laboratórios virtuais, disponibilizados gratuitamente em sítios eletrônicos, os quais representam um recurso que permite realizar procedimentos experimentais que necessitariam de grande aparato laboratorial. O experimento da dupla fenda é analisado em três etapas, relatadas a seguir: (i) a dupla fenda com partículas clássicas; (ii) a dupla fenda com ondas clássicas e; (iii) a dupla fenda com objetos quânticos como elétrons e fótons. O objetivo é demonstrar o comportamento dual do elétron. Posteriormente, para concluir de forma precisa e justificar o comportamento quântico do elétron é apresentado o princípio da indeterminação de Heisenberg e suas implicações filosóficas. Sendo assim, o objetivo central desta pesquisa é buscar integrar o comportamento quântico, que acontece na escala atômica, principalmente no contexto do ensino médio. Algumas orientações sobre como aplicar este trabalho em outros níveis de ensino aparecem no decorrer do texto e nos apêndices. Apresentando o comportamento dual, onda–partícula, do elétron, a interpretação probabilística e o princípio de incerteza. Acreditamos que o aluno será capaz de compreender um grande número de fenômenos que acontece em escalas que não são do domínio da mecânica clássica quando, em contato com estes temas. Este tema faz parte do conteúdo de física moderna contemporânea que vem sendo abordado em livros textos e vestibulares. Além disso, algumas das novas tecnologias utilizam a física quântica, desde microscópios eletrônicos, nanotecnologia, computação quântica, semicondutores, diodos (incluindo o LED), transistores, computadores, tablets, GPS, satélites, radares, aviões, lasers, scanners de código de barras, sistemas militares de defesa, CD e Blu-Ray players, criptografia, células fotoelétricas, sensores diversos, basicamente, tudo que é eletrônico. Um dos objetivos do trabalho é verificar quais os conhecimentos prévios o corpo discente possui, antes do contato com o conteúdo de física quântica, ou seja, o que faz parte do senso comum sobre este tema. Além disso, pretendemos verificar se o aluno consegue: i) distinguir, no final da aplicação desta pesquisa, que as leis da física em escalas atômicas são diferentes das leis da física clássica, ii) a importância da mecânica quântica na tecnologia e na sociedade. / Quantum mechanics is one of the areas of physics that emerged in mid-1900 and remains in development to the current day. Several technological devices are a result of this important branch of physics that also helps to Medicine, Mathematics, Philosophy, Literature and Biology. Therefore, it is essential that contact with this science occurs at the high school level, what actually occurs in a limited way, when it happens. To place the student in the world of quantum mechanics, that is, the infinitely small of physics, the student must leave the classical thought and think in terms of the quantum behavior and indeterminacy in the measurement process, namely to develop the capacity for abstraction. This is accurately the aim of this work. Thus, the double-slit experiment that lets you work with the wave-particle duality of the electron and the photon was chosen. Through this experiment, students can be gradually inserted on a path toward quantum description necessary for the examination of subatomic phenomena. The experimental analysis is carefully performed with the aid of virtual laboratories, available for free in electronic sites, which represent a resource to perform experimental procedures that would require large laboratory apparatus. The double slit experiment is analyzed in the following three steps, reported: (i) the slit paired with classical particles; (ii) the double slit and with classical waves; (iii) the double slit with quantum objects such as electrons and photons. The goal is to demonstrate the electron dual behavior. Later to complete accurately and justify the electron quantum behavior shows the principle of indeterminacy of Heisenberg and its philosophical implications. Thus, the main objective of this research is to seek to integrate quantum behavior, which takes place at the atomic scale, especially in the high school level. Some guidance on how to apply this work in other levels of education appear throughout the text and in the appendices. Introducing the dual behavior wave-particle, the electron, the probabilistic interpretation and the uncertainty principle. We believe that students will be able to understand a number of phenomena that occurs on scales that are not the classical mechanics of the domain when in contact with these topics. This topic is part of the contemporary modern physics content that is being addressed in texts and entrance exam books. In addition, some of the new technologies using quantum physics, from electronic microscopes, nanotechnology, quantum computing, semiconductors, diodes (including LED), transistors, computers, tablets, GPS, satellites, radar, aircraft, lasers, code scanners bars, military defense systems, CD and Blu-Ray players, encryption, photoelectric cells, various sensors, basically, everything is electronic. One of the goals of the work is to check what prior knowledge the student body has, before contact with quantum physics content, so the part of common sense on this issue. In addition, we intend to verify that the student is able to: i) distinguish, at the end of the application of this research, that the laws of physics at atomic scales are different from the laws of classical physics, ii) the importance of quantum mechanics in technology and society.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-08-25T13:29:26Z No. of bitstreams: 1 Marcos Luiz Batista Moreira.pdf: 4400407 bytes, checksum: 33769f55df08dcba511326fe3f641a76 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-25T13:29:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Luiz Batista Moreira.pdf: 4400407 bytes, checksum: 33769f55df08dcba511326fe3f641a76 (MD5) Previous issue date: 2015-11-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we present an educational product for the physics teacher, to provide support during the preparation classes with low cost in the mechanical teaching experiments. The material was applied in the second quarter of the year 2015 in a class of first year of the Technical Course of Integrated Informatics at the School of the Federal Institute of Education, Science and Technology, Campus Belo Jardim. Aiming to provide the student with a pegged practical experience physical reality experienced in daily life. The theoretical framework adopted is based on Lev Semyonovitch Vygotsky learning theory, which is based on social interaction between individuals, taking into account prior knowledge (level metal) of investigated students through the pre-test. The methodology includes lectures on the data show, practical classes through low-cost experiments performed in groups, conducting analysis of experimental data and construct graphs with the computer, discussion of experiments and preparation of reports. During the development of these activities the students could count on the cooperation of the teacher and classmates. The experience of the implementation of this work shows that it is possible to use low-cost experiments on the mechanics teaching, motivating students to confront their previous knowledge with the physical phenomena the light of theoretical concepts providing a critical learning and a better reading of the world that about. / Neste trabalho apresentamos um produto educacional destinado ao professor de Física, para servir de apoio durante a preparação de aulas com experimentos de baixo custo no ensino de mecânica. O material foi aplicado no segundo bimestre do ano de 2015 em uma turma do primeiro ano do Curso Técnico de Informática Integrado ao Ensino Médio do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Campus Belo Jardim. Tendo como objetivo proporcionar ao aluno uma experiência prática atrelada a realidade física vivenciada no cotidiano. O referencial teórico adotado baseia-se na teoria de aprendizagem de Lev Semyonovitch Vygotsky, que é fundamentada na interação social entre os indivíduos, levando-se em consideração o conhecimento prévio (nível mental) dos alunos averiguados através do pré-teste. A metodologia compreende aulas expositivas no data show, aulas práticas através de experimentos de baixo custo realizadas em grupos, realização de análise dos dados experimentais e construção de gráficos com o computador, discussão sobre os experimentos realizados e confecção de relatórios. Durante o desenvolvimento dessas atividades os alunos puderam contar com a colaboração do professor e dos colegas de turma. A experiência da implementação deste trabalho, mostra que é possível utilizar experimentos de baixo custo no ensino de mecânica, motivando os alunos a confrontar seus conhecimentos prévios com os fenômenos físicos a luz dos conceitos teóricos proporcionando uma aprendizagem crítica e uma melhor leitura do mundo que os cerca.