2021年 理工学部 シラバス - 物理学科
設置情報
科目名 | 物理実験学 | ||
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設置学科 | 物理学科 | 学年 | 2年 |
担当者 | 高橋 努 | 履修期 | 前期 |
単位 | 2 | 曜日時限 | 水曜1 |
校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M31M |
クラス | |||
履修系統図 | 履修系統図の確認 |
概要
学修到達目標 | 計測や実験機器に関する基礎的知識や実験データを取り扱う方法について学び,物理実験を通して物理現象を定量的に把握できる力を養う。必修科目である物理学実験Ⅰ ,Ⅱの実験におけるS評価の実験報告書を作成できるようになることを目標とする。 |
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授業形態及び 授業方法 |
WEBによるオンデマンド講義(音声入動画を予定)。各回ともテーマに関連した物理現象や実験の実例を紹介し,それら数値的に取り扱う方法について解説する。毎回、授業資料を配布する。各回の課題問題によって応用力を養う。これらを通して修得した力を物理学実験Ⅰ,Ⅱの報告書作成において、実践を試みる。 |
履修条件 | 基礎物理学実験の単位を取得していることが望ましい。 |
授業計画
第1回 | ガイダンス:物理実験学で何を学ぶか! (1)実験科目の体型と科目の学び方 (2)1年生で学んだことを物理学実験でどのように活かすか (3)物理学実験の学び方 (4)グラフを使って実験データの図示 キーワード:測定値の表現、標本平均値、不偏分散、精度と確度、最小二乗法、 事前学習(予習:基礎物理学実験のテキスト・資料を基にキーワードについて調べる。120分) 事後学習(復習:授業に課する課題レポートにまとめながら授業配布資料を基に復習する。120分: |
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第2回 | 前回の復習課題の解説 (1)単位と物理量 (2)SI基本単位の定義, SI組立単位, 非SI単位 (3)機器のメータの読み方 (4)測定値の四則演算の方法 (5)有効数字 (6)有効数字を考慮した測定値の四則演算の方法 キーワード:SI単位, 非SI単位,有効数字,主尺と副尺の読み方、アナログ計測器とデジタル計測器の精度 事前学習(予習:キーワードについて調べる。120分) 事後学習(復習:授業に課する課題レポートにまとめながら授業配布資料を基に復習する。120分) |
第3回 | 前回の復習課題の解説 (1)誤差の種類(系統誤差,偶然誤差) (2)絶対誤差,相対誤差 (3)測定の意味と測定値の表し方 (4)精度と確度 (5)誤差伝播の法則 キーワード:誤差伝播の法則、系統誤差、偶然誤差、絶対誤差、相対誤差、最確値と平均値,母集団標準偏差,標本標準偏差,正規分布 事前学習(予習:キーワードについて調べる。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布資料を基に復習する。120分) |
第4回 | 前回の復習課題の解説 (1)有限回及び無限回の測定から最確値と誤差 (2)ヒスムと分布とその極限分布 (3)有限個の分布、極限分布からの最確値と誤差の推定 (4)確率分布に関するさまざまな特性値 キーワード:モード, メジアン, 平均値,確率分布,確率質量関数,確率密度関数,期待値,平均,分散,モーメント,中心モーメント 事前学習(予習:キーワードについて調べる。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布資料を基に復習する。120分) |
第5回 | 前回の復習課題の解説 (1)測定の数学的意味 (2)二項分布から正規分布 (3)ポアソン分布 (4)正規分布の平均値と誤差 (5)標標本集団と母集団 キーワード:二項分布,ポアソン分布,累積分布関数,対数正規分布,ローレンツ分布,中心極限定理誤差の分布と最確値 事前学習(予習:キーワードについて調べる。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布資料を基に復習する。120分) |
第6回 | 前回の復習課題の解説 確率分布関数によるデータのフィッティング(最小二乗法/実験式) (1)最小二乗法 (2)線形回帰 キーワード: 最小二乗法,χ2乗検定,データの棄却 事前学習(予習:キーワードについて調べる。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布資料を基に復習する。 |
第7回 | 前回の復習課題の解説 (1)A/D変換(アナログーデジタル変換) (2)ナイストのサンプリング定理 (3)量子化誤差、分解能とビット数 (4)2進数の演算と有効数字 キーワード;アナログ信号,デジタル信号,2進数の演算,分解能,量子化誤差,GPIB, USB,分解能,ビット数,量子化誤差,ナイキストのサンプリング定理,A/D変換器 事前学習(予習:キーワードについて調べる。専門課程物理学実験(改訂版)31コンピュータによる物理計測を参考にする。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめまとめながら、授業配布資料、専門課程物理学実験(改訂版)31コンピュータによる物理計測を参考に復習する。120分) |
第8回 | 前回の復習課題の解説 (1)コンピュータによるデータ処理 (2)雑音の分離法 (3)演算による雑音除去 (4)インターフェース キーワード ノイズの処理(移動平均),フーリエ変換,FFT、積分と微分 事前学習(予習:キーワードについて調べる。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布資料を基に復習する。 |
第9回 | 前回の復習課題の解説 物理実験のための電気回路(信号の伝送とアナログ回路) (1)実験で扱う電気回路・電子回路素子 (2)直流と交流 (3)オームの法則とキルヒホッフの法則 キーワード:オームの法則、キルヒホッフの法則 事前学習(予習:キーワードについて調べる。専門課程物理学実験(改訂版)12インピーダンスと伝搬特性、14LCR回路の過渡特性と周波数特性を参考にする。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布物、専門課程物理学実験(改訂版)12インピーダンスと伝搬特性、14LCR回路の過渡特性と周波数特性を基に復習する。120分)インピーダンスと伝送線路 |
第10回 | 前回の復習課題の解説 (1)集中定数回路と分布定数回路 (2)過渡特性と周波数特性 (3)微分回路と積分回路 キーワード:集中乗数回路、分布乗数回路、過渡特性、周波数特性,微分・積分回路 事前学習(予習:キーワードについて調べる。専門課程物理学実験(改訂版)12インピーダンスと伝搬特性、14LCR回路の過渡特性と周波数特性を参考にする。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布物、専門課程物理学実験(改訂版)12インピーダンスと伝搬特性、14LCR回路の過渡特性と周波数特性を基に復習する。120分) |
第11回 | 前回の復習課題の解説 真空技術1 (1)真空 (2)真空を作る キーワード:真空の単位、真空ポンプ、真空排気速度、コンダクタンス 事前学習(予習:キーワードについて調べる。専門課程物理学実験(改訂版)10真空排気系のコンダクタンスを参考にする。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布物、専門課程物理学実験(改訂版)10真空排気系のコンダクタンスを参考に復習する。120分)第10回の復習課題の解説 |
第12回 | 前回の復習課題の解説 真空技術2 (1)真空を計る (2)真空を扱う基本的な心構え キーワード:真空計、真空もれ 事前学習(予習:キーワードについて調べる。専門課程物理学実験(改訂版)10真空排気系のコンダクタンスを参考にする。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布物、専門課程物理学実験(改訂版)10真空排気系のコンダクタンスを参考に復習する。120分) |
第13回 | 前回の復習課題の解説 論理回路の基礎1 (1)ブール代数、(2)真理値表、(3)論理演算、(4)論理回路 キーワード:論理関数、論理和、論理積、否定、ド・モルガンの定理 事前学習(予習:キーワードについて調べる。専門課程物理学実験(改訂版)16論理回路の基礎を参考にする。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布物、専門課程物理学実験(改訂版)16論理回路の基礎を参考に復習する。120分) |
第14回 | 前回の復習課題の解説 論理回路の基礎2 (1)論理式と論理式の簡略化(2)カルノー図 キーワード:論理演算の順序、標準形、カルノー図 事前学習(予習:キーワードについて調べる。専門課程物理学実験(改訂版)16論理回路の基礎を参考にする。120分) 事後学習(復習:授業に課する演習問題をレポートにまとめながら授業配布物、専門課程物理学実験(改訂版)16論理回路の基礎を参考に復習する。120分) |
第15回 | 物理学実験における安全教育 (1)物理実験における安全マニュアル (2)心得,服装,作業環境 (3)実験装置、器具の扱い (4)電気に関する実験における安全について (5)光学実験における安全について (6)放射線実験における安全について (7)高圧ガス、不活性ガス、低温ガスの扱い キーワード:安全マニュアル、 事前学習:インてーネットで物理学実験における安全マニュアルを探し要点をまとめる120分 事後学習:授業で配布する「安全マニアルの例を基に、実験の安全について考える。120分 |
その他
教科書 |
教科書は特に指定しません。
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参考書 |
John R. Taylor 『計測における誤差解析入門』 東京化学同人 2000年
高野良紀、浅井朋彦、B.Zulkovskey 編 『専門課程 物理学実験(改訂版)』 裳華房 2018年 第改訂版版
兵藤申一 『物理実験者のための13章』 物理工学実験1 東京大学出版会 1976年
鈴木秀次 『実験物理 上・下』 バークレー物理学コース 丸善 2011年 第復刻版版
小坂学、岡田志摩 共著 『高校数学でマスターする計測工学 基礎から応用まで』 株式会社コロナ社 2016年 第初版版
馬杉正男 『信号解析 信号処理とデータ解析の基礎』 森北出版株式会社 2013年 第初版版
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成績評価の方法 及び基準 |
各講義内で課する課題レポート(15回)を評価する。 |
質問への対応 | メールまたはZoomにて随時対応する。 物理学実験1,Ⅱの対面実験実施日においても対応する。 |
研究室又は 連絡先 |
駿河台校舎7号館721室A takahashi.tsutomu@nihon-u.ac.jp |
オフィスアワー |
水曜 駿河台 12:15 ~ 13:10 髙橋
金曜 駿河台 12:15 ~ 13:10 高橋
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学生への メッセージ |
この科目で修得した力を実践する場として,物理学実験Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,物理学プロジェクト実験をこの科目合わせて受講することが望ましい。内容をさらに深めるために,2年生前期で開講される回路理論,3年生前期で開講されている電子回路,制御理論,3年生前期に開講されている計測物理学を受講するすると内容をさらに深めることができる。 評価は、課題レポートの評価で行う。提出期限を過ぎても受け付けるので、必ず提出してください。 物理学実験のレポート作成で講義内容を実践し理解度を確かめて実践してください。 |