物理学実験<Aクラス>(工学域・電気電子系学類Aクラス)

科目名
Course Title
授業コード 単位数 配当年次 開講期間
Term
科目分類 ナンバリング
コード
曜日
コマ
教室 担当教員氏名
Instructor
物理学実験<Aクラス>(工学域・電気電子系学類Aクラス)
General Physics Lab
A600330005 2 1 後期授業 理系基礎科目 FLPHY1933-J3 月4,月5 A5-124,B3-物理学実験室,オンライン(中百舌鳥キャンパス) 星野 聡孝・他

オフィスアワー

水曜日 10:40-12:10(居室:B3棟5階524室)
上記の時間以外でも時間の許す限り応対しますので、気軽に質問に来てください。

授業目標

 物理学の理論は、実験によってその妥当性が検証されなければなりません。また、実験結果は新たな理論を生み出す源泉ともなり得ます。このように、物理学における実験の重要性は、いくら強調してもしすぎることはありません。
 この「物理学実験」では、理論から得られた予測(仮説)を実験により定量的に検証するという、物理学の営みの一端を自ら体験してもらいます。これにより、自然科学の法則をより深く理解してもらうとともに、実験に関して、以下のような目標の達成を目指しています。

 (1) 基本的な実験装置の操作を習得し、物理量を精度良く測定できるようになる
 (2) 実験データを適切に記録できるようになる
 (3) 得られた測定値を適切に処理・評価できるようになる
 (4) 他者に実験結果を伝えるためのレポートが書けるようになる

教科書

「物理学実験 第6版」大阪府立大学 高等教育推進機構 物理グループ編(学術図書出版社)

参考書

「実験精度と誤差 測定の確からしさとは何か」N.C. バーフォード(丸善)
「“測る”を究めろ! 物理学実験攻略法」久我隆弘(丸善)
「六訂物理学実験」吉田卯三郎他(三省堂)

関連科目

「物理学AI」「物理学AII」「物理学B」

授業時間外の学習(準備学習等について)

(1) 予習
実験に際しては、事前に教科書の該当箇所を読み、具体的に何を調べる実験なのかを把握し、実験の背景となる理論・原理をできるだけ理解しておいて下さい。その上で、(学習の目的ではなく)実験の目的と、実験結果を解析するのに必要となる最低限の理論式をノートに記載しておいて下さい。
また、どのような装置を用いるのかについても、できるかぎり把握しておいてください。

(2) レポート作成
行った実験それぞれに対して、実験レポートを作成し、次回の授業時に提出してもらいます。実験レポートには、実験テーマに応じて、「フルレポート」と「簡易レポート」の2種類があります。
「フルレポート」(計4回)
 実験の目的から始まり、結果・考察・結論までを含んだ形の、完全な実験レポートです。実験室で実際に行う実験(基礎実験の他、力学・光学・電磁気学から各1テーマ)については、この形のレポートを提出してもらいます。書き方については、授業の中で適宜、指導を行って行きます。なお、完成度の低いレポートについては、再提出を求めますので注意してください!
「簡易レポート」(計6回)
 実験テーマ毎にあらかじめ用意された実験結果報告用紙に書き込んで、提出してもらう実験レポートです。実験室での実験を行わず、仮想的な実験データを用いて解析してもらった実験テーマについては、この形のレポートを提出してもらいます。

レポートの作成に当たっては、(部分的にであっても)他人のレポートを書き写すようなことは絶対に行わないでください。このような行為は、試験におけるカンニングと同じです。書き写しを見つけた場合、カンニングと同様の取り扱いを行う場合もありますので、十分に注意してください。

授業の概要

ガイダンス、および3回の講義の中で、実験における心構え、実験データ解析、レポート作成などの基礎的事項について解説します。また、基礎実験に加え、力学・光学・電磁気学の各分野から3つの実験テーマを取り上げ、1テーマについては実際に実験を、2テーマについては仮想的な実験データを用いたデータ解析を行ってもらいます。

なお、カイダンス、および、講義回は、いずれも非同期型(オンデマンド形式)のオンライン授業とする予定です。

授業計画

第1回 (ガイダンス)
実験の進め方、安全上の注意、レポート作成上の注意などについてお話しします。その後、「次元」の概念、「単位」の重要性、「有効数字」の考え方について講義し、さらに実験データの処理の仕方についても簡単に解説します。
準備学習等
第2回 3つのグループに分かれ、3週間かけて1グループずつ実験室にて基礎実験を行います。また、実験を行わないグループは、オンライン講義(2週間分)を受講してもらいます。

(基礎実験)「1-1 金属棒の密度の測定」
ノギス、マイクロメータの使い方を説明した後、これらを用いて金属棒の密度を測定してもらいます。この実験を通じて、前回のガイダンスで学んだ「有効数字」の取り扱い方や実験データの処理方法を、自ら実践してもらいます。

(講義1)
実験データの処理の仕方、つまり有効数字・誤差・平均2乗誤差・最小二乗法などについて、説明します。

(講義2)
誤差を考える際に基礎となる統計分布の考え方について、数学的な基礎から解説を行います。これまでの実験の中で行ってきた実験データの処理について、より深く理解できることを目指します。
準備学習等
第3回 同上 準備学習等
第4回 同上 準備学習等
第5回 (講義3)
基礎実験で書いてもらったレポートを基に、実験レポートの書き方のポイントについて解説します。
準備学習等
第6回 (実験)
大きく3つのグループに分かれ、力学・光学・電磁気学の中の一つの分野の実験テーマについて、3週にわたって取り組んでもらいます。ただし、実際に実験室で実験を行ってもらうのは、毎週、各グループのうちの3分の1の受講生だけとし、残りの受講生は、自宅にて仮想的な実験データを用いたデータ解析などを行ってもらいます。
準備学習等
第7回 同上 準備学習等
第8回 同上 準備学習等
第9回 (実験)
大きく3つのグループに分かれ、力学・光学・電磁気学の中の一つの分野の実験テーマについて、3週にわたって取り組んでもらいます。ただし、実際に実験室で実験を行ってもらうのは、毎週、各グループのうちの3分の1の受講生だけとし、残りの受講生は、自宅にて仮想的な実験データを用いたデータ解析などを行ってもらいます。
準備学習等
第10回 同上 準備学習等
第11回 同上 準備学習等
第12回 (実験)
大きく3つのグループに分かれ、力学・光学・電磁気学の中の一つの分野の実験テーマについて、3週にわたって取り組んでもらいます。ただし、実際に実験室で実験を行ってもらうのは、毎週、各グループのうちの3分の1の受講生だけとし、残りの受講生は、自宅にて仮想的な実験データを用いたデータ解析などを行ってもらいます。
準備学習等
第13回 同上 準備学習等
第14回 同上 準備学習等
第15回 (講義、実験予備日)
オンライン講義にて、これまでのふり返りを行います。
また、この日は実験予備日としますので、これまでに実験を欠席したことがある人は、この日に実験を行ってください。
準備学習等

成績評価

原則として、全ての実験を行い、レポートを提出することが、合格のための必要条件となります。その上で、以下の4項目ができると判断されたものを合格とします。

 ・基本的な実験装置(ノギス、マイクロメータ、デジタルマルチメータ、オシロスコーオプなど)を操作できる
 ・実験データを、実験ノートに適切に記録できる
 ・測定値の誤差を計算できる
 ・形式の整った実験レポートが書ける

また、最終的な成績は、以下の評価手段を用います。

 実験実施状況評価: 20%
 実験レポート評価: 50%
 講義時の提出物等評価:30%

備考(実務経験の活用を含む)

やむを得ず実験を欠席した場合には、実験予備日(第15回)に実験を行って下さい。