授業科目

基礎物理学実験法
Experimental Methods in Basic Physics

担当者

教授   粕谷 伸太
後 火2
教授   木村 敬
後 火2
教授   水野 智久
後 火2
助教   星野 靖
後 火2
講師   小林 敏夫
後 火2

単位

2

到達目標

 理学部のカリキュラムポリシーに従い、今後の実験科目に必要な実験手法/装置について学ぶ。物理現象のうち特に目で見て面白く、不思議な現象を観測したり、簡単な測定器の使い方に慣れることにより、物理学実験そのものに関する興味を喚起することを目標とする。また、実験に関するレポートのまとめ方についても修得することを目標とする。

授業内容

 基礎物理学実験法は数理・物理学科の学生に対して1年次後期に設定された科目である。数理・物理学科の物理コースの学生は必修である。
2単位 1コマ 与えられる。
 履修者を5班に分ける。各実験項目を学生はローテーションしてすべての項目を学ぶ。教員は1つの実験項目を教授する。
各班は「授業計画」に書かれた5個のテーマをそれぞれ2週間連続して履修する。

授業計画

予習として、あらかじめ実験テキスト中の各実験の物理原理と、実験の手順/注意事項を理解しておくこと。また、復習として、各実験毎のレポート作成時に、各実験の物理原理と実験結果の比較等により物理的内容をより深く理解すること。

1)オリエンテーション/誤差に関する実験
2)実験誤差データ解析・PC演習
3)最小二乗法とデータ解析・PC演習
4)実験誤差論講義と演習
5)超伝導実験 1限×2回
  超伝導体とは、ある温度(転移温度)を境にその温度より上では常伝導状態、下では超伝導状態となる物質である。超伝導状態とは(1)完全反磁性と(2)完全導 体の2つの性質を示す状態である。
  1回目は、永久磁石が超伝導状態の超伝導体上の空中に浮遊し固定される様子を観察する。この現象はマイスナー効果と言われ、完全反磁 性になっていることを示している。使用する超伝導体は高温超伝道体と言われるもので、液体窒素温度で超伝導状態になる物質である。また、使用する液体窒素の取り扱いについて実習を行い、危険性についても学ぶ。
6)2回目は電気抵抗が小さい試料の抵抗測定法(4端子法)について学び、超伝導体が転移温度以下で電気抵抗が0になることを実験によって確認する。
7)霧箱 1限×2回
  1回目は空気中に存在する放射線を目に見える形でその飛跡を示す。
8)2回目は測定器の原理を説明し、さらに人工の放射線源をさらすことにより、放射線の秘跡が著しく増加することを確認する。
9)ニュートンリング 1限×2回
  1回目は曲率の異なるガラス板を張り合わせることにより、きれいな縞模様ができることを観察する。
10)2回目はこのような現象が起きる原理を学び、干渉という波の性質を理解する。
11)テスターによる電気測定  1限×2回
  1回目はテスターを使用して回路キット上に配置されている抵抗や電池の電圧を測定する。抵抗を直列、並列に御配線し、高校で学んだ総抵抗の計算値と比較する。
12)2回目は回路キットに配置された抵抗にかかる電圧、抵抗を流れる電流の値を測定し、簡単なテストをする。
13)オシロスコープの使い方(発振器、回路キット使用)1限×2回
   第1回目はオシロスコープの基本的な使い方や原理を学び、これから物理学実験I,II等で使いこなすための準備を行う。
14)第2回目は実際に回路キットを使用したり、電源コンセントを利用して交流電圧を測定し、その波形が時間とともに変化するにもかかわらず、画面上では静止して見えることを実感する。なぜ、静止して見えるのかその原理を考察する。

授業運営

 実験はいうまでもなく体験することに意味がある。従って、全項目に必ず出席して実験を行わなければならない。
レポート提出方法及び細部の運営上の相談は、星野特別助教、青木孝教務技術職員が受付ける。

評価方法

成績はレポートによる。
なお,実験を2回以上欠席した者は,評価の対象としない.

オフィスアワー

物理学実験準備室にて行う.

使用書

『基礎物理学実験法 自作テキスト』

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