Embed Size (px)
Citation preview
「物理学実験」の意味と意義工学院大学物理学教室
物理学のアプローチ
正解は神のみぞ知る
理論 実験
観察／測定理論構築 推論
Synergy
法則性の発見
測定による歪み自然
• 自然科学の一分野 • 自然の基本法則／構造の解明 • 自然の数学的解釈
実験の役割• 自然現象の観察・観測・測定 • 理論による予測／予言の実現，確認
したがって… • 実験目的を明確にする／理解する
実験
重力に関する考察• そもそも、重力についての研究は…
• By Newton（万有引力）
• 天体の動きを理論的に説明（See Kepler’s ref） • りんごの落下がきっかけ…ホントかよ！ • 万有引力とは…
• 運動方程式とは…
|F | = GmM
R2
G = 6.67408 � 10�11 m3kg�1s�2
M = 5.972 � 1024 kg
R = 6.371 � 106 m
|F | = ma mg👉 g = 9.8196m/s2
実験の進め方• 実験の目的を明確にする
• なぜ実験をするのか • 何を知りたいのか
• 実験を企画する • 何をすればいいのか • 何が必要か
• 実験の計画を立てる • 企画した実験は実現可能か • コスト，規模，期間を明確にする
Given
実験の進め方（２）• 実験の実施 • 実験結果の検討
• 当初予定したデータが得られたか • データによって何がわかるのか • 理論の検証，新事実の有無
• 報告 • 簡潔，正確にまとめて報告をする • 自分たちの結論を相手に納得させる
報告は自然科学にかかわらず研究の基本
学生実験の目的• 実験において，
• 準備 • データ取得／整理 • 実験の総括（考察） を通して，物理学の「知識」，「概念」，「手法」などを習得する基礎訓練
• 「取扱説明書」を読んだだけでは，機械は動かない
実験内容• データの取り扱い
• ノギスとマイクロメータを使った測定 • レポートの作成練習
• 重力加速度の測定，音速の測定，電気抵抗の測定 • 物理実験
• ヤング率の測定 • 熱電対の校正 • 粉粒体の密度測定 • ガスの励起エネルギーの測定 • 電磁コイルの性質 • 放射線計測
実験を受講する際の注意• 教員，職員の指示に従う☜安全のため • 服装，履物に注意をする☜安全のため • 実験室内の飲食は禁止☜安全のため • 他の実験グループに迷惑をかけない☜社会人としてのマナー
• 止むを得ず欠席をする場合は，「事前」に連絡をする [email protected]
• 計算能力が問われるのではなく，計算結果をいかに解釈するのかが問われるので，「関数電卓」，「PC」の使用は”可”（というよりは”推奨” ）
今日の予定• テーマ０の実践
• テキスト＋実験ノートを準備する • 実験ノートは毎回チェックするので，忘れないで持ってくる
何のためのノートか• 人間の記憶の未完成部分を埋める • いつでも、実験を振り返ることができるようにするための補助手段
• なによりも、 優れたノートは財産となる 書いたことは消さない！
消しゴムの使用禁止！
何を書くべきか• 実験テーマ • 天候，気温，湿度 • 共同実験であれば、共同実験者の氏名 • 測定器具
• 精度（最小メモリ、読取り限界）
測定上の注意• 測定可能な桁まで読み取り，記録する • ノギス
• 仮想デジタル（読み取りは一見とびとび） • 最小メモリ：0.05mm
• 読取り限界：0.05mm
p42
円柱試料の測定• 底面の直径（５箇所×２）
• a と b とする • 高さ（５箇所）
• h とする直交の関係
データの書き方• 測定は複数回（５回以上） • 縦に並べて書く
n 測定値(mm) 残差 ¸ ¸2
1 8.952 9.003 9.004 9.005 8.95
平均
表1．円柱底面の直径 a (vernier calipers)
表のタイトルは上
この辺りは計算のために空けておく
レポートはともかく，ノートに丁寧な表は必要ない
測定上の注意• 測定可能な桁まで読み取り，記録する • ノギス
• 仮想デジタル（読み取りは一見とびとび） • 最小メモリ：0.05mm
• 読取り限界：0.05mm • マイクロメータ
• アナログ（読み取りは連続） • 最小メモリ：0.01mm ☜ 注意
• 読取り限界：0.001mm
P43
データの書き方• 測定は複数回（５回以上） • 縦に並べて書く
n 測定値(mm) 残差 ¸ ¸2
1 8.9752 8.9883 8.9814 8.9825 8.979
平均
表4．円柱底面の直径 a (micrometer)
表のタイトルは上
この辺りは計算のために空けておく
レポートはともかく，ノートに丁寧な表は必要ない
測定値の表示• 測定値を表にまとめる
n 測定値[mm]
¸[mm] ¸2[mm2]1 11.983 0.003 0.0000092 11.981 0.001 0.0000013 11.978 -0.002 0.0000044 11.980 0.000 05 11.980 0.000 0
平均 11.980 Σ¸2=0.000014
表6. 円柱の高さ h (micrometer)
