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物理学実験

Experimental Physics

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岡本 清美
講師奥沢 誠

金長 正彦

川椙 義高
講師白石 浩この授業の2016年度のアンケートを参照
講師谷 俊朗

授業の概要

物理学はあらゆる自然科学の基礎をなすものであり、また実験に基づき理論体系の確立された学問であるから理学と工学との研究に実験は欠くことのできないものである。実験を行うことは、研究を目的とするのは当然であるが、ここで扱うのはいわゆる学習実験で、これにより自然科学を研究するための態度と習慣を身につける。したがって、各々の実験題目の物理的な意味を理解し、実験計画の立て方および実験方法を体得し、将来、研究実験を行うための基礎を養う。
 具体的には、はじめに誤差論の基礎を学ぶ。次に体積測定の実験も含めて、11の実験題目について、自らの手で実験を行うことにより物理現象を実感として体験する。


なお、物理学実験は、1年生だけでなく、2、3、4年生も受講できるよう全学生に開講している。

授業の目的

物理学は自然科学の基礎であり、理学・工学の研究には物理学実験的手法は欠くことができない。本授業では、既に結果が知られている学習実験を行うことにより、将来に実験研究を行うための基礎を固める。また、各実験課題の物理的な意義と意味を理解し、自ら実験計画を立てて遂行することで、論理的な考え方を学び、現象の物理的な意味をより深く理解することによって洞察力、考察力を磨く。さらに、実験結果をまとめたレポートを作成すること及びプレゼンテーションを通して、相手に内容が明確に理解してもらえる文章や図の工夫をし、工学分野で必要な客観的事実に基づく報告書作成ができる素養を身に着ける。

達成目標

1.各実験題目の物理的な意味を理解して実験計画を立て、実験を計画的に遂行できる。
2. 実験に伴う誤差の概念が理解できる。また、具体的な誤差計算ができる。
3.ノギス、マイクロメーターを含めた基本的な計測器の取り扱いができる。
4.各実験に適したグラフを書くことができ,それが表している意味を解釈できる。
5.測定値の整理および測定結果の評価ができる。また、適切な実験報告書を作成できる。

授業で使用する言語

日本語(英語対応も可)

授業計画

1.ガイダンスおよび班分け
2.誤差論 ・誤差に関する基礎を学ぶ。
体積測定 ・実際にノギス、マイクロメーターを使って体積測定を行い、測定値及び誤差の取扱いを学ぶ。
3.ヤング率測定
  ・ユーイングの装置で試料棒にたわみを生じさせ、“光てこ”による微小長さ測定法により中点降下を測定し試料棒のヤング率を調べる。
4.重力加速度測定
  ・ボルダの振り子(単振り子)を用いて重力加速度gを測定する。周期の測定法、及びそのデータ処理法を学ぶ。
5.水の粘性率
  ・毛細管を利用して、管中を流れる流体、特に水についての粘性率を測定し、Hagen-Poiseuilleの法則を理解する。
6.熱の仕事当量
  ・水熱量計を用いて、電流によりジュール熱を発生させ、熱量と仕事量との換算当量(熱の仕事当量)を測定する。また熱の伝わり方等について理解する。
7.分光計による測定
  ・分光計の仕組み、使用法を理解し、これを用いて次の測定を行う。
  1、既知波長の単色光源を用いて平面回折格子の格子定数を測定する。
  2、与えられた光源の発光スペクトル線の波長を測定する。
8.レーザーを使った偏光の実験
  ・レーザーを種々の面に応用するときレーザー光の偏光特性を問題にすることが多い。偏光の表し方、偏光子、位相板などについて理解する。
9.実験発表会 (発表会準備・プレゼンテーション用パワーポイントファイル作成)
  ・これまで行った各実験テーマについて、原理、方法、結果及び考察をパソコンとプロジェクターを使って発表する。プレゼンテーション指導も行う。
10.実験発表会 
  ・班ごとに15分程度の時間で発表を行う。
11.電気抵抗の測定
  ・ホイートストン・ブリッジを用いて金属及び半導体(サーミスタ)の電気抵抗の温度変化を調べる。パソコンを用いてデータ処理を行う。
12.半導体素子の測定
  ・一般的に利用されている半導体素子(ダイオード、トランジスタ)の電圧電流特性を調べ、その構造と整流作用、増幅率等について理解する。
13.電気回路を用いた過渡現象の観測
  ・LCR回路の過渡現象について、減衰振動、共振現象の観測をデジタルオシロスコープを用いて行う。
14.交流周波数の測定
  ・一弦琴を交流の振動に共振させ、その固有振動から交流の周波数を求める。ま た、この実験を通じて弦を伝わる横波の性質、特に定常波の性質を理解する。
15.最後のまとめ 
  ・実験ノートまとめ
  ・レポート提出

評価方法と基準

上記[到達目標]を考慮して、実験レポート(50%)、実験点(20%)、発表(20%)、誤差論(10%)の割合で評価を行い、合計が60%以上を合格とする。
また、実験は3回以上休んだ場合単位認定不可。

教科書・参考書

物理学実験指導書

履修登録前の準備

高校での物理

オフィスアワー、質問・相談の方法

実験終了後物理準備室へ、または、各曜日の実験担当者の研究室へどうぞ。

環境との関連

環境に関連しない科目

地域志向

地域志向ではない科目

社会的・職業的自立力の育成

対課題基礎力を育成する科目
知識活用力を育成する科目
対人基礎力を育成する科目
対自己基礎力を育成する科目

アクティブ・ラーニング科目

能動的な学修への参加による授業が大部分

授業の到達目標と各学科の学習・到達目標との対応

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最終更新 : Thu Mar 12 04:23:16 JST 2020