物理学実験-2017

本授業の目的およびねらい

物理学実験の方法や技術は日常生活においても非常に広く応用されている。 本授業では、実際の物理現象の観察、物理量の測定によって、その背景にある法則を理解するとともに、基本的な物理測定の方法と原理、実験の技術などを修得することを目的とする。 さらに、演習を通して測定データの記録と処理、表現の方法についても学ぶ。

授業の工夫

物理学は、この世界の根底にある基本的な法則であり、世の中のものは、すべて物理法則に従っている。 本実験の授業を通して、基本的な物理法則を体験するとともに、その物理法則がどのようなところで使われているかについて考えるきっかけとする。 また、この実験を通して、数値の取り扱いについても習得する。例えば、実験結果の数値には、必ず不確かさが存在する。 不確かさを生む原因は、原理的なもの、実験装置に精度によるもの、実験者の実験技術によるもの、など様々なものがあり得る。 各自の実験結果についてこれらの不確かさを評価し、それが結果に与える影響や不確かさを改善する方法を考察することも学んでほしい。 そのためには実験で使う装置や測定原理の理解が不可欠である。 十分に予習をして、主体的に実験に取り組んでほしい。 これによって身に付く論理的思考力や問題解決力は今後の研究だけではなく、普段の生活でも必ず役に立つだろう。

履修条件あるいは関連する科目等

力学・電磁気学、あるいは物理学基礎 1、物理学基礎 2 の履修(履修中のものも含む)を想定して実施されるが、高校物理程度の基礎知識があれば受講可能である。

授業内容

演習と実験を次の内容で実施する(都合により変更あり)。 第 1 回授業ではガイダンスと安全教育を行う。

[演習]

1. 単位、有効数字、測定機器と測定誤差についての演習
2. 数値計算、誤差の伝搬、測定データの処理についての演習
3. グラフ表示、最小 2 乗法についての演習
4. 実験ノート、レポートの書き方についての演習

[実験]

1. 重力加速度：剛体振り子による重力加速度の測定
2. 磁場中の電子の運動：一様な磁場中の電子の運動の観察、および電子の軌道半径と加速電圧、磁場の強さとの関係、電子の比電荷の測定
3. 等電位線：定常電流が流れる導体(アルミニウム箔)の等電位線、電気力線の観察
4. 超伝導と電気抵抗：極低温での電気抵抗とマイスナー効果などの観察
5. 回折格子による光の波長測定：カドミウム原子の線スペクトル光の波長測定
6. 放射能の測定：GM 計数管による β 線放射能の測定、計数の統計的変動の観察
7. オシロスコープ：電圧、周波数、位相差、リサージュ図形の測定など 2 現象オシロスコープを用いた計測方法の取得、およびに RC 回路による位相変化の測定
8. 電気回路の共振現象；2 現象オシロスコープによる LCR 回路の共振現象の観察、入力周波数の変化に対する出力の振幅の共振曲線と位相差の測定
9. ガウス加速器：磁石を用いた加速装置をもちいて、磁場のポテンシャルエネルギーを力に変える現象から、力学の応用の習得

成績評価の方法

出席およびレポートの評価による。実習であるので、出席は絶対条件である。やむを得ない事情で休む場合は出来る限り事前に教員に連絡すること。

教科書

「物理学実験指針」(名古屋大学教養教育院物理学実験室編, 千代勝実・大薮進喜監修, 学術図書出版社)

参考書

予習のためのビデオ教材が参考 Web ページより視聴出来る。 内容を理解し、安全に効率良く実験を行うため、物理学実験指針と併用して予習を十分に行うこと。

注意事項

白衣・安全めがねなどは不要であるが、動きやすい服装で受講すること。受講の際は物理学実験指針、安全の手引き、実験ノート(普通のノートでよい)、関数電卓が必要である。

本授業に関する参照 Web ページ

http://elearn.ilas.nagoya-u.ac.jp/lms/pex

ビデオ教材(標準画質･スマートフォン)

再生ボタンをクリックすることで実験のビデオ教材を見ることができます。

1. 重力加速度
2. 等電位線
3. 磁場中の電子の運動
4. 固体の比熱
5. 回折格子による光の波長測定
6. 放射能の測定
7. オシロスコープ
8. 共振現象
9. 物性 -液体窒素を使った実験-

ビデオ教材(高画質)

1. 重力加速度
2. 等電位線
3. 磁場中の電子の運動
4. 固体の比熱
5. 回折格子による光の波長測定
6. 放射能の測定
7. オシロスコープ
8. 共振現象
9. 物性 -液体窒素を使った実験-

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