物理学実験 予習のヒント
1999年11月10日版
1999年後期 木曜クラス
一般的なヒント
- 実験装置を下見しておく。
(どのような装置で何をしようというのか?)
- どういう趣旨の実験なのか考える。
(「○○の法則が成り立つことを確かめる」実験なのか?
法則を利用して「△△を測ってみる」実験なのか?)
- 「Aを測定し、
そのデータから計算でBを求める」という趣旨の実験の場合は、
A から B を求める理論式について あらかじめ調べておく。
(今の段階では自力で導出できなくてもよいから、
「○○という本に導出過程が書いてある」ということを調べておく)
- 「パラメータ X の値を
いろいろ変えて測定してみよ」というような実験の場合は、
おもにどのような範囲の X について調べるのがよいか、
あらかじめ(理論によって予測し)検討しておく。
※ 予測がたたない場合には、当日、実際に、
可能な限りさまざまな値について測定してみること!
逆に、うまく予測ができて その予測が当たっていれば、
実験が早く終わるということでもある。
- 文献を調べるために、
図書館を活用する。
または物理学全般に関する概論的な本を自分で購入する。
[本を選ぶための参考情報]
1. 曲率
(今回は実施しません)
2. 長さ・体積・密度
実験では 資料 A, B, C の密度を測定し、これが何か当てることになっている。
- さまざまな物質(資料として可能性のありそうなもの)について、
密度の値を調べておく(一覧表にまとめる)。
- ノギスやマイクロメータの使い方を調べる。
3. ヤング率
- 次の事項について調べておく:
フックの法則 /
ヤング率 /
ポアッソン比
- 資料のヤング率を求めるために必要な測定量をリストアップしておく。
- 実験では スケールの読みから逆算してヤング率を求めることに
なっているが、
逆に 資料の正体を適当に仮定し(たとえば純金とか木材とか)、
このときのスケールの読みの理論値を計算してみる。
4. 面積
- あらかじめ面積のわかっている図形を紙に描いて用意しておき、
プラニメータのテストに使う。
- 副尺の使い方を調べる。
- この実験課題のなかには、
一部、実験室に来なくてもできるものが混じっている。
このようなものは、あらかじめ家でやっておくほうが
賢明かもしれない。
5. 比重
実験では 資料 A, B, C の比重を測定し、これが何か当てることになっている。
- 次の事項について調べておく:
比重 /
密度 /
浮力
- さまざまな物質(資料として可能性のありそうなもの)について、
比重(または密度)の値を調べておく。
6. 重力加速度
- 振り子の長さや周期や振幅の測定値から
重力加速度を求める理論を調べる(参考文献をさがす)。
- 測定誤差を少なくするため、
測定方法に工夫の余地はないか検討する。
7. 弾性定数
- ばね振り子の周期の測定値から
弾性定数(ばね定数)を求める理論を調べる(参考文献をさがす)。
8. ポアッソン比
- 次の事項について調べておく:
フックの法則 /
ポアッソン比 /
ずれ弾性率 /
体積弾性率
- ノギスやマイクロメータの使い方を調べる。
- 実験では振動周期を測定し これから逆算して
材料のポアッソン比などを求めることになっているが、
逆にバネの寸法や材質を適当に仮定し、
これから振動周期の理論値を計算してみる。
9. 粘性係数
- 粘性係数を求めるために必要な測定量をリストアップする。
- 毛細管の内径を求めるためのデータは既に与えられているので、
あらかじめ内径の値を計算しておく。
- 水の粘性係数の精密測定値を文献で調べ、
これをもとに、実験にかかる時間の目安
(たとえばビーカーに水が100cm3たまるのに
要する時間)を予測する。
10. 定常波
- 弦の密度・張力・長さから(固有)振動数を求める理論を調べる
(参考文献をさがす)。
- 実験室にある糸の太さやおもりの重さなどをもとに、
どのような周波数で実験するのが最適か あらかじめ
(理論式を用いて)予想をたてておく。
11. 気体の圧力と温度の関係
12. 仕事当量
この実験の本当の目的は、
[与えたエネルギー] = [発生した熱]
という等式を示すことである。
- 電流によって与えられる単位時間あたりのエネルギーを計算する式を
確認する。
- 発生した熱量を測定データから計算する式を確認する。
- 《測定値の補正》みたいな細かい話に気をとられないこと!
(最初は無視すればよい)
13. 等電位線
(今回は実施しません)
14. 電磁誘導
- 次の事項について調べておく:
磁束 /
誘導起電力
- もしコイルをつらぬく磁束 Φ が測定できたら…? と
想像してみる(心の目で見れば磁束だって見えるのだ!)。
縦軸に Φ, 横軸に t をとって、
どんなグラフになるか想像してみる。
15. ダイオード
- 実験課題19番の「整流・平滑回路」を読んで、
ダイオードを応用するときの工夫について考える。
- 電流計・電圧計の接続方法(およびその理屈)を確認しておく。
16. トランジスタ
- 古いラジオやアンプが捨てられていたら、拾ってきて分解し、
トランジスタが使われていることを確認する。
- 電流計・電圧計の接続方法(およびその理屈)を確認しておく。
17. LCR回路
- 実験手順がややこしいので、よく読んで把握する。
測定課題のうち、必須のものと省略できるものを判断する。
- 次の事項について調べておく:
共振 /
複素インピーダンス /
リサージュ図形
- CR直列回路やLCR直列回路に
交流電圧(電圧V, 周波数f)をかけたときの
電流 I のしたがうべき理論式を調べておく(参考文献をさがす)。
- 実験装置におけるL(コイル)やC(コンデンサ)やR(抵抗)の値を
まえもって調べておき、
対応する共振周波数を(理論式により)計算しておく。
- 電流 I は、VR の測定値から
計算で求められることを確認しておく。
18. 過渡応答
(今回は実施しません)
19. 整流・平滑回路
(今回は実施しません)
20. インピーダンス
- 次の事項について調べておく:
複素インピーダンス /
(自己)インダクタンス
- 振動数が違うと複素インピーダンスも違ってくることを確認する。
- 直流電圧(0Hz)による電流と 50Hzの交流電圧による電流を比較すれば
コイルの自己インダクタンスが求められるという理屈を確認する。
21. コンデンサー
- 平板コンデンサの電気容量を
コンデンサの寸法や平板間の空間に入っている物質の誘電率から
求める式についてしらべる(参考文献をさがす)。
- ガラス・ポリエチレン および真空の誘電率を調べておく。
- 真空の誘電率はゼロではない!
(この意味では、真空もまた物質の一種なのだ。)
- 空気の誘電率は真空とほぼ同じ。
22. プランク定数
- 次の事項について調べておく:
光子 /
光電効果 /
阻止電圧
- 赤い光や青い光など、典型的な単色可視光の波長と振動数を
文献で調べる。
23. 放射線
24. ホール効果
- 次の事項について調べておく:
ローレンツ力 /
ホール効果
- 「ホール効果を利用すると
半導体のタイプが判定できる」という理屈を確認する。
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ウェブ(WWW)検索
現在、World Wide Web (ウェブ) にはさまざまな情報が掲載されており、
その多くはInfoseekなどの
検索サービスによって検索することができる。
しかし、掲載されている情報の全部が信用できるかというと そうではなく、
あやしい情報や間違った情報もたくさん掲載されている。
したがって「これはもしかするとウソかもしれない」という可能性を
常に心にとめておく必要がある。
(これは教科書や参考書や新聞やテレビについても同じことが言える。
だからこそ「何が嘘で何が本当か」を確かめるために、
私たちは実験をするのだ。)
Infoseekによるウェブ検索
注意:
ウェブには有用な情報だけでなく嘘の情報も掲載されています。
嘘の情報にだまされて嘘のレポートを書いた場合は、
自分で責任を取ってください。
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