2021年 理工学部 シラバス - 物理学科
設置情報
科目名 | 物理学実験Ⅰ | ||
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設置学科 | 物理学科 | 学年 | 2年 |
担当者 | 浅井・高野・柴田 | 履修期 | 後期 |
単位 | 2 | 曜日時限 | 水曜3・4 |
校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M33Q |
クラス | Aグループ,Bグループ | ||
履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
その他 | 実務経験のある教員による授業科目 |
概要
学修到達目標 | 本科目は,基礎的な物理現象の実験・観察を通して物理学に対する洞察力を身につける科目である。国の研究機関における研究者や海外研究機関における研究者として経験をもとに様々な自然現象に対する観察法,実験装置の仕組み・原理を理解する考え方、実験を行うための基礎技術,報告書作成能力などを身につけさせる。基礎的な物理現象の観察を通して物理学に対する洞察を深める。また,種々の実験装置の取り扱いに慣れ,実験手法を学ぶ。共同実験を通して,コミニュケーション能力,自分を活かす力,互いを活かす力などを育むとともに,レポート作成を通してプレゼンテーション能力や実験結果を理解するための論理的思考や批判的思考を養う。 |
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授業形態及び 授業方法 |
授業形態は,対面実験,WEB指導(実験データの解析及びレポート作成指導)を繰り返すハイブリッド型を予定している。1テーマの実験は,第1週の対面の実験と第2週のWEBによるデータ解析・レポート指導からなり,8つの基礎的実験テーマの中から,各自に指定された7つのテーマに関する実験をする。最終レポートを作成の上,ポータル2でレポートを電子ファイルで提出する。8つの実験テーマは下記の通りである。 ソレノイドとヘルムホルツコイルの作る磁場/真空排気系のコンダクタンス/熱伝導率/スターリングサイクル/液体・固体相転移/電子の比電荷/連成振動/原子のエネルギー準位 なお、新型コロナウイルス感染の状況の変化等により、シラバスに示した学習内容および順序は進度やクラス等によって変更される可能性がある。 |
履修条件 | 基礎物理学実験, 力学Ⅰ, Ⅱ, 電磁気学Ⅰ, Ⅱの必修科目およびコンピューターリテラシー, 計算機基礎, 物理実験学, 回路理論などの選択科目を履修し, それの講義の内容を理解していることが望ましい。必修科目である。 |
授業計画
第1回 | A, Bグループ共通の内容のWEB (オンデマンド)ガイダンスを視聴して以下の確認を行う。 ①自分が履修する実験の形態(対面ーWEBの混合型実験, WEBのみの実験)を確認する。 ②自分が履修するグループ(A, B)ならびに曜日(水, 金)を確認する。 ③自分が前期履修する実験(物理学実験Ⅰあるいは物理学実験Ⅱ)を確認する。 ④自分に指定された実験テーマを確認する。 ⑤ガイダンス週間で配布された配布物の確認(第1回予習レポートの用紙、物理学実験の案内) ⑥物理学実験の案内の確認 ⑦電子ファイル作成の方法についての確認 ⑧新型コロナウイルス対策についての確認 を行い、不備・問題がある場合は、指示に従って対応を各自で行う。 |
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第2回 | Aグループ 【1】ソレノイドとヘルムホルツコイルの作る磁場(1週目)予習レポートを提出する。対面の実験をとおしてソレノイドコイル, 円形コイル, ヘルムホルツコイルの作る磁場を測定し, 磁束密度分布を求める。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) Bグループ 予習レポートを作成して, 電子ファイルを作成してポータル2へ提出する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読しまとめる。(120分) 【事後学習】予習レポートをもとに, 再度配布した教科書を熟読し実験に備える。(120分) |
第3回 | Aグループ 【1】ソレノイドとヘルムホルツコイルの作る磁場(2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し, 期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) Bグループ 【1】ソレノイドとヘルムホルツコイルの作る磁場(1週目) 予習レポートを提出する。対面の実験をとおしてソレノイドコイル, 円形コイル, ヘルムホルツコイルの作る磁場を測定し, 磁束密度分布を求める。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解しレポート作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) |
第4回 | Aグループ 【2】熱伝導率:予習レポートを提出する。第1テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験をとおして, 銅, アルミニウムの熱伝導率を測定する。また電気抵抗を測定し, 熱伝導率と電気伝導度から銅, アルミニウムのローレンツ数を求める。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) Bグループ 【1】ソレノイドとヘルムホルツコイルの作る磁場 (2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し, 期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) |
第5回 | Aグループ 【2】熱伝導率 (2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い、提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し、期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) Bグループ 【2】熱伝導率(1週目)予習レポートを提出する。第1テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験をとおして銅, アルミニウムの熱伝導率を測定する。また電気抵抗を測定し, 熱伝導率と電気伝導度から銅, アルミニウムのローレンツ数を求める。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解しレポート作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) |
第6回 | Aグループ 【3】スターリングサイクル(1週目)予習レポートを提出する。第2テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験実習をとおしてスターリングエンジンの効率測定, およびスターリング冷凍機の効率測定, ヒートポンプの効率測定を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) Bグループ 【2】熱伝導率:2週目 WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し、期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) |
第7回 | Aグループ 【3】スターリングサイクル(2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し、期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) Bグループ 【3】スターリングサイクル(1週目)予習レポートを提出する。第2テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験実習をとおしてスターリングエンジンの効率測定, およびスターリング冷凍機の効率測定, ヒートポンプの効率測定を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) |
第8回 | Aグループ 【4】液体・固体相転移(1週目)予習レポートを提出する。第3テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験実習をとおして融点が既知の試料(Sn,Bi)について冷却曲線を求める。SnとBiの合金について冷却曲線を求め,状態図を作成する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) Bグループ 【3】熱伝導率(2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し、実験データの解析を行い、提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して、最終レポートを作成し、期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) |
第9回 | Aグループ 【4】液体・固体相転移(2週目) WEB(オンデマンド))講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し, 期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) Bグループ 【4】液体・固体相転移:1週目:予習レポートを提出する。第3テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験実習をとおして融点が既知の試料(Sn,Bi)について冷却曲線を求める。SnとBiの合金について冷却曲線を求め,状態図を作成する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) |
第10回 | Aグループ 【5】原子のエネルギー準位(1週目)予習レポートを提出する。第4テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験実習をとおしてヘリウム, ネオン, アルゴンガスについてフランクヘルツの実験を行い, 各原子のエネルギー準位を求める。ネオンガスを用いたフランクヘルツの実験を測定条件を変えて行い, 測定原理を理解する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) Bグループ 【4】液体・固体相転移(2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し, 期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) |
第11回 | Aグループ 【5】原子のエネルギー準位(2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し, 期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) Bグループ 【5】原子のエネルギー準位(1週目)予習レポートを提出する。第4テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験をとおしてヘリウム, ネオン, アルゴンガスについてフランクヘルツの実験を行い, 各原子のエネルギー準位を求める。ネオンガスを用いたフランクヘルツの実験を測定条件を変えて行い, 測定原理を理解する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) |
第12回 | Aグループ 【6】電子の比電荷(1週目)予習レポートを提出する。第5テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験をおしてラーモア運動の直径の磁束密度依存性と電子のエネルギー依存性を調べる。トムソンの実験で, 曲版の長さ, 電極極板間距離などを測定する。電場の効果による電子ビームの軌跡を測定する。また、磁束密度の効果による電子ビームの軌跡を測定する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) Bグループ 【5】原子のエネルギー準位(2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し, 期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) |
第13回 | Aグループ 【6】電子の比電荷(2週目) WEB(オンデマンド)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し, 期日までにポータルⅡに電子ファイルを提出する。(120分) Bグループ 【6】電子の比電荷(1週目)予習レポートを提出する。第5テーマのレポートをポータル2へ提出する。対面の実験をとおしてラーモア運動の直径の磁束密度依存性と電子のエネルギー依存性を調べる。トムソンの実験で、電極板の長さ、電極板間距離などを測定する。電場の効果による電子ビームの軌跡を測定する。また、磁束密度の効果による電子ビームの軌跡を測定する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析する。(120分) |
第14回 | Aグループ 【7】連成振動(1週目)予習レポートを提出する。6テーマ目のレポートをポータル2から提出する。対面の実験実習をとおして, 単振り子を作り, 周期を測定する。連成振り子を作り, 基準振動の周期を測定する。連成振り子でうなりの現象を作り, 周期を測定する。LC共振回路において, 共振周波数を測定する。コイル間距離dとうなりの周期の関係を測定する。 【事前学習】事前に配布りた教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後験データを解析する。(120分) Bグループ 【6】電子の比電荷(2週目) WEB(オンデマンり)講義により実験データの解析及びレポート作成の指導を行う。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】作成した提出レポートをもとにWEB(オンデマンド)講義を内容を考慮して, 最終レポートを作成し、期日までにポータルⅡに電子ファイルを提出する。(120分) |
第15回 | Aグループ 【7】連成振動 (2週目)WEB講義は, 行いません。7テーマのレポートを作成して期日までにポータル2に提出する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験データの解析を行い, 提出レポートを作成する。(120分) 【事後学習】期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) Bグループ 【7】連成振動(1週目)予習レポートを提出する。6テーマ目のレポートをポータル2から提出する。対面の実験実習をとおして予習レポートを提出する。対面の実験をとおして, 単振り子を作り, 周期を測定する。連成振り子を作り, 基準振動の周期を測定する。連成振り子でうなりの現象を作り, 周期を測定する。LC共振回路において, 共振周波数を測定する。コイル間距離とうなりの周期の関係を測定する。第15回終了後1週間以内に第7テーマのレポートを提出する。 【事前学習】事前に配布した教科書を熟読し, 実験内容を理解し予習レポートを作成する。(120分) 【事後学習】実験データを解析し, 期日までにポータル2に電子ファイルを提出する。(120分) また, A, Bグループ共通で指定される日時に開催される【物理学プロジェクト実験発表会】に参加する。 |
その他
教科書 |
高野良紀ほか 『専門課程物理学実験』 裳華房 2018年 改訂版 第1版第1刷
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参考書 | |
成績評価の方法 及び基準 |
レポートにより評価する。期限を過ぎて提出されたレポートは採点しない。評価が低いレポートは再提出させることがある。 |
質問への対応 | 各実験テーマに関する質問は、テーマ担当者に質問する。 実験全体に関する質問は、実験係(高橋、小林)に質問する。 |
研究室又は 連絡先 |
ガイダンス時に配布する。 |
オフィスアワー |
水曜 駿河台 13:20 ~ 16:30 各物理学実験室
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学生への メッセージ |
実験の前に必ず教科書を精読してくること。 |