埼玉大学教育学部　自然科学講座理科分野　物理学研究室

このページは、物理学実験履修者に向けたページです。

応用実験

■§16　比重びん

目的	比重びんの秤量によって液体の比重を測定すること。
測定する値	空の比重びんの質量・蒸留水の満ちた比重びんの質量とその測定直後の温度・エチルアルコールの満ちた比重びんの質量とその測定直後の温度
算出する値	エチルアルコールの温度補正・浮力補正を行った後の比重
検討すべき値	算出した比重と教科書記載の比重・§17の実験結果
実験に使用するもの	比重びん・電子天秤・温度計・プラスチック容器・定規
注意事項	アルコールは、洗浄用と測定用があり、それぞれ捨て方などの扱いが異なるので、指示に従うこと。比重びんに液体を満たした後の加熱冷却については、当日実験場所にある諸注意をよく読み、指示に従い行うこと。毛管栓のはめかたに注意すること。毛管栓をしたときに中の液体があふれるような状態でなければいけない。また上下逆にしないように。水やアルコールの蒸発で毛細管内の液面がどのくらい下がったか、質量測定後に定規で測定し、ノートにメモすること。 §17の実験結果との比較も行うこと。比重びんの容器とふたはセットになっているので、紛失には注意すること。アルコールで洗浄した後、乾燥時間を短くするためにはドライヤーを活用すると良い。
その他	実験手順　補足プリント(pdf版)

■§17　Hareの装置による密度

目的	Hareの装置を用いて液体の密度を測定すること。
測定する値	蒸留水を入れたときの液面の高さ・エチルアルコールの液面の高さ・実験前後の室温
算出する値	エチルアルコールの密度
検討すべき値	算出した密度と教科書記載の密度と§16の実験結果
実験に使用するもの	Hareの装置・ビーカー・温度計
注意事項	洗浄の際、ゴム管とスポイトにアルコールが入らないように注意すること。ゴム管端の吸い上げは、付属のゴム球を使って行う。教科書には水位を5cmずつ下げるよう記載があるが、ガラスの寸法の関係上、 2cmずつ下げること。装置は高価なものであり、ガラス管の換えは無いので破損しないよう十分注意すること。 §16の実験結果との比較も行うこと。
その他

■§20　Ewingの装置によるYoung率

目的	Ewingの装置に金属棒を横たえ、おもりによってこれを湾曲させる際の中点降下を光のてこの方法によって測定して、その棒のYoung率を算出すること。
測定する値	おもりの質量・試験棒の厚さと幅・Ewingの装置の支台間の距離・鏡と尺度の距離・鏡の支点間の垂直距離
算出する値	試験棒のYoung率
検討すべき値	算出したYoung率の値と教科書記載の値
実験に使用するもの	Ewingの装置・望遠鏡・電子天秤・マイクロメーター・ノギス・メジャー・定規
注意事項	おもりの質量は、全て200gではない。全てのおもりの質量を測定すること。おもりの質量の測定について、全て5回以上行うこと。おもりMが必ず中点Oに来るように注意すること。できるだけ望遠鏡と試験棒が同じ高さになるようにすること。金属棒の材質は銅、真ちゅう（黄銅）、鋼鉄のいずれかである。ヤング率を求める際は、平均ではなく600g換算にして算出すること。
その他

■§21　ねじれ振り子による剛性率

目的	ねじれ振り子の周期を測定して、針金の単剛性率を算出すること。
測定する値	おもりの質量・おもりの外径・おもりの内径・おもりの厚さ・針金の長さ・針金の半径・振り子の周期（2パターン）
算出する値	針金の剛性率
検討すべき値	算出した剛性率と教科書記載の剛性率
実験に使用するもの	振り子・電子天秤・ノギス・メジャー・ワイヤーゲージ・マイクロメーター・タイマー
注意事項	針金の材質は、鋼鉄である。実験時、針金ははずさずにその長さを測定すること。針金の直径は最初にワイヤ－ゲ－ジでチェックした後、マイクロメ－タ－を使用して測定すること。周期50TがT秒以上ずれた値のとき、 1周期分以上の数え間違いをしているのでやり直すこと。
その他

■§22　Jollyのばねばかりによる表面張力

目的	Jollyのばねばかりに対する分銅と伸びの関係を調べ、液体の表面張力を測定すること。
測定する値	分銅が増加時と減少時の尺度・円環の外半径・円環の厚み・水面に円環がつく直前と離れる直前の鏡尺度とマイクロメーターの読み
算出する値	液体の表面張力
検討すべき値	算出した値と教科書記載の値
実験に使用するもの	Jollyのばねばかり・ノギス・マイクロメーター
注意事項	円環の厚さは専用のマイクロメ－タ－で測定を行うこと。円環はアルコールで良くふき乾かしてから使用すること。鏡尺度の読みP₁、P₂やマイクロメーターの読みN₁、N₂の値の平均・平均二乗誤差を求めてはいけない。それらの値を使って算出した液柱の高さhや伸びPについて平均・平均二乗誤差を求めること。液温の測定を行うこと。
その他	1人での実験は不可能。2人で行うこと。グラフ用紙（A4）を持参すること。

■§24　回折格子による光の回折

目的	§11で作製した回折格子を使って、レーザー光の波長を測定すること。また、同じレーザー光の空気中での波長と水中での波長を比較すること。
測定する値	格子間隔・各媒質中におけるスクリーンから回折格子までの距離・各媒質中における回折像の観察と同じ次数の回折像間の距離
算出する値	各媒質中でのレーザー光の波長
検討すべき値	算出した値と装置記載の値、空気中での波長と水中での波長
実験に使用するもの	遊動顕微鏡・§11で作製した回折格子・回折格子(d＝1/2000 ナリカGL-2000N)・光源（He-Neレーザー）・水槽
注意事項	50dの値が格子の間隔だけずれた場合、数え間違いが起こっているので測定をやり直すこと。実験プリントの指示に従うこと。
その他	実験プリント(pdf版) グラフ用紙（A4）を2枚持参すること。

■§26　固体の線膨張

目的	与えられた固体の線膨張率を測定すること。
測定する値	試験棒の長さ・加熱前後の球面計の値・加熱前後の温度
算出する値	試験棒の線膨張率
検討すべき値	算出した値と教科書記載の値
実験に使用するもの	試験棒・試験棒加熱器・球面計・蒸気発生器・メジャー・温度計
注意事項	試験棒の素材はアルミ、銅、真ちゅう（黄銅）、鋼鉄の4種であり、いずれか1本を選んで実験を行うこと。教科書記載の電池と受話器は使用せず、テスタ－を代用する。加熱を円滑に行うため、蒸気を通すゴム管がたわまないようにすること。球面計の目盛は、内側と外側に数値が振ってあるので、どちらの目盛を読んだかをノートに記録すること。
その他	当日レポートの実験課題である。

■§29　固体の比熱

目的	混合法によって固体の比熱を測定すること。
測定する値	銅容器と攪拌器の質量・温度計の液体部分の体積・金属塊の質量・水を満たした銅容器と攪拌器の質量・熱した金属塊の温度・熱した金属塊を入れた水熱量計の共通温度・水を満たした銅容器と攪拌器の質量・水の温度・湯の温度・水と湯を混ぜた水熱量計の共通温度
算出する値	金属塊の比熱・銅容器と攪拌器の水当量
検討すべき値	算出した比熱の値と教科書記載の値・質量と体積から計算した水当量と混合法で測定した水当量
実験に使用するもの	電子天秤・水熱量計・メスシリンダー・温度計
注意事項	金属塊は、鉄、アルミ、銅のいずれかを選んで実験を行うこと。 0.1℃目盛りの温度計では誤差は0.01℃であるように、温度計の誤差についても考慮すること。何が最も大きな誤差の原因になるかを良く考えよ。別の方法で出した水当量について、それぞれの値を比熱の計算式に入れて検討を行うこと。
その他

■§30　液体の比熱

目的	冷却法によって液体の比熱を測定すること。
測定する値	銅製容器の質量・液体を満たした容器の質量・温度計の液体部分の体積・時間変化に伴う液体の温度（0～10分：30秒おき／10～60分：1分おき）
算出する値	エチルアルコールの比熱
検討すべき値	算出した値と教科書記載の値
実験に使用するもの	電子天秤・温度計・冷却法による液体の比熱測定装置
注意事項	バーナーとアルコールを使用するので、十分注意すること。液体の加熱は湯煎で行うこと。容器の大きさの関係で攪拌器は使用しない。冷却法において流す水道水の量は流れていさえすれば少なくても良い。あまり流しすぎてあふれさせないように。教科書記載の式において、t₁とt₂の値は温度ではなく、時間であることに注意せよ。
その他	1人での実験は不可能。2人で行うこと。グラフ用紙（A4）を持参すること。

■§33　気柱の共鳴

目的	音叉の振動に気柱を共鳴させ、その波長を求めて空気中における音の伝搬速度を測定すること。
測定する値	気柱の高さ・共鳴装置の管の内径
算出する値	温度0℃乾燥空気中での音速
検討すべき値	算出した値と教科書記載の値
実験に使用するもの	共鳴装置・ノギス
注意事項	共鳴用のガラス管の長さが短いので、共鳴節点は3つである。音叉は用いず発信器を用いる。発信器の周波数は1000Hzである。音速は飽和水蒸気による湿度補正・温度補正・口端補正を行うこと。 y₃－y₂≠y₂－y₁になることがある。その理由を考えて誤差計算に生かすこと。注意の(3)に「管中の音の速度は管壁との摩擦などのため大気中より極めてわずかであるが小さくなる。」とあるが、このような実験では検出不可能なほど小さい。
その他	当日レポートの実験課題である。

■§36　Meldeの実験

目的	Meldeの方法によって弦に横波の定常波を作り、振動数を測定すること。
測定する値	太い糸と細い糸の質量・太い糸と細い糸の長さ・装置表示の振動数おもりを吊るしたときの糸にできた定常波の波長（波長は次の12パターンで測定する。太い糸―おもり20g―定常波の腹1つ―平行方向＆垂直方向太い糸―おもり20g―定常波の腹2つ―平行方向＆垂直方向太い糸―おもり30g―定常波の腹1つ―平行方向＆垂直方向太い糸―おもり30g―定常波の腹2つ―平行方向＆垂直方向細い糸―おもり20g―定常波の腹1つ―平行方向＆垂直方向細い糸―おもり30g―定常波の腹1つ―平行方向＆垂直方向）
算出する値	振動子の振動数
検討すべき値	装置から読み取った振動数と平行方向と垂直方向の測定からそれぞれ算出した振動数・おもりの重さや弦の太さ、定常波の腹の数を変化させた場合の振動数の変化について
実験に使用するもの	電子天秤・メジャー・弦定常波実験装置
注意事項	教科書と装置が違うので注意すること。教科書に示されている図のような方法はとらない。レポ－トには実際に使った器具・装置の説明を書くこと。教科書の丸写しをしてはいけない。測定する弦の方向について、振動子の振動と平行か垂直かで記述すること。メジャーを用いて、節の位置を測定すること。振動子の振動が弦と平行な場合と垂直な場合とでは、節と節の間隔が2倍変化することに注意すること。教科書(4)の実験は行わない。波長の測定について、波長λ_１、λ₂等のみでなく節の位置N_１、N₂等の値も必ず明記すること。原則として線密度は弦の長さと質量を測定して求めるが、測定が困難な場合は担当者に相談すること。
その他

■§39　薄いレンズの焦点距離

目的	光学台で薄い凸レンズ及び、薄い凹レンズの焦点距離を測定すること。
測定する値	T字形補助棒の長さ・第一法による凸レンズの測定・第二法による凸レンズの測定・凹レンズの測定
算出する値	凸レンズと凹レンズの焦点距離
検討すべき値	2つの方法で算出した凸レンズの焦点距離・それぞれの方法で距離を変化させた場合の焦点距離の算出結果
実験に使用するもの	ノギス・光学台
注意事項	薄い凸レンズの第一法の場合(他の場合も同じであるが)x₁、x₂、x₃ を固定しても像が鮮明に見えると思われるx₄の値には幅がある。それがbの幅につながり、誤差が生じる。 1/f＝1/a＋1/bが成立するということは、 a、bがどんな値であっても f が常に同じ値でなければいけないということである。従って、a、bの値を出来るだけ大幅に変え、それでも fの値が誤差の範囲で一致することを示す必要がある。 x₂、x₃を固定して何回か測定しその平均誤差を求めるようなことをしてはいけない。十字線はできるだけ光源に近くで固定すること。その方が像が明るいので見やすい。教科書p.152の中ほどに「T字形補助棒の右端が凸lensの左面に」とあるが、「凸lens」は誤りで「凹lens」が正しいので注意すること。
その他	当日レポートの実験課題である。

■§43　顕微鏡による屈折率

目的	遊動顕微鏡を用いてガラス板および液体の屈折率を測定すること。
測定する値	ガラス板・プラスチック板・蒸留水（浅・中・深）のときの遊動顕微鏡の読み z_O、z_A、z_B
算出する値	ガラス板・プラスチック板・水の屈折率
検討すべき値	異なる深さで測定した水の屈折率の比較・3種の物質の屈折率の比較
実験に使用するもの	遊動顕微鏡・シャーレ・チョークの粉
注意事項	蒸留水、ガラス、プラスチックの3種のものについて測定を行う。測定は3回以上行うが、z_O、z_A、z_Bなどの測定値を平均するのではなく、測定値から算出した屈折率を平均すること。蒸留水は深さを浅、中、深と変えて、それでも屈折率が一定になることを確かめよ。クラウンガラスの軽とか重とかは、軽とか重というものしかないのでなく、色々な成分のものがあるので屈折率もその間の色々な値を取り得る、という意味であることに注意すること。
その他	当日レポートの実験課題である。

■§44　プリズム分光計

目的	分光計を用いてプリズムの頂角と最小のふれとを測定し、プリズムの屈折率を算出すること。
測定する値	各単色光における左右の目盛の値・頂角
算出する値	プリズムの屈折率
検討すべき値	各単色光の測定から得られたプリズムの屈折率の比較・算出した値と教科書記載の値の比較
実験に使用するもの	プリズム分光計
注意事項	光源はNaでなく、CdまたはHgを使用しているので注意すること。教科書図125の実験では、様々な色の輝線が複数本見えるため、その各々について最小のふれを測定すること。波長と屈折率との間の関係について考察すること。プリズムは正三角形であることから、その頂角α は約60°でなければいけない。大幅に違う場合はもう一度測り直すこと。望遠鏡の視軸を回転軸に垂直にするときは、幾何学的配置をよく考えてから行うこと。教科書p.168-5行目「T₁のねじ、および中央台のねじH₁、H₂、H₃を半分ずつ調節する。」の意味を良く考えること指定されたネジ以外は操作しないこと。 sinxを微分して cosxになるのは xがradian単位の場合のみであり、度単位の場合はそうはならないから注意すること。誤差計算は度単位か、radian単位かを統一して行うこと。ダイアルD値が右回りか左回りかに良く注意すること。見えた輝線の色の波長について調べて、ノートに記述すること。
その他

■§51　等電位線

目的	金属箔に電流を通じながら、その上に等電位線を描くこと。
測定する値	基準点に対して電位差が0の地点
算出する値
検討すべき値	等電位線と電気力線の様子と特徴について
実験に使用するもの	アルミホイル・検流計・電流計・分銅・電源装置・可変抵抗
注意事項	装置の配線後、教員またはTAに確認してもらうこと。確認が終わるまで、電源装置のスイッチは入れてはいけない。等電位線、電気力線の様子を紙に写し取ったら、その様子と特徴についてノートにスケッチと簡潔な文章にして記述すること。電流計と検流計を間違えないこと。可変抵抗Rは使用する前に摺動片が中央にあることを確かめること。検流計の感度が高く、少し位置を移動させても針が振り切れるため、等電位線を引く基準点は P、Qを10等分した点を使うこと。 Al箔は水張りはせず手で丁寧にしわを伸ばしながら張り付ければよい。検流計の零点を、毎回確かめること。零点を確かめるには、検流計の2本の先端を Al箔上の極めて近い点に置き、検流計の針が0を示すようにつまみを調節すること。アルミ箔に描いた等電位線はカーボン紙を使わず、上に紙を置けば写し取ることが出来る。実験結果とは等電位線を描いた紙からわかったことを述べることである。描いた紙をレポートの後に付けただけではレポートにならない。
その他	当日レポートの実験課題である。

■§58　電流による熱の仕事当量

目的	水熱量計中に電熱を発生させ、熱の仕事当量を測定すること。
測定する値	銅容器と攪拌器の質量・温度計の液体部分の体積・抵抗線にかけた電圧の大きさ(60秒ごと300秒まで)・抵抗線にかけた電流の大きさ(60秒ごと360秒まで)・電流を流した前後の水の温度・水を満たした銅容器と攪拌器の質量・水の温度・湯の温度・水と湯を混ぜた水熱量計の共通温度
算出する値	電流による熱の仕事当量・銅容器と攪拌器の水当量
検討すべき値	算出した仕事当量の値と教科書記載の値質量と体積から計算した水当量と混合法で測定した水当量
実験に使用するもの	電子天秤・メスシリンダー・水熱量計・温度計
注意事項	電流計、電圧計、可変抵抗器、電池がばらばらではなく、一体になっている電源装置を使うのでレポートを書くときに注意すること。装置の上面に張ってある注意を良く読み、使い方を間違えないように注意すること。熱量計が空のままで抵抗線に電流を流すようなことを決してしないように。 100℃までの目盛の温度計と50℃までの目盛の温度計がなぜあるか、その意味をよく考えること。必ず混合法で水当量のチェックをすること。使用する水は、水道水でよい。電流の値ではなく、電流×電圧＝電力の値が教科書の例と大体同じ値になるように電圧を調節すること。
その他

■§63　ダイオード・トランジスタ

目的	与えられた単結晶半導体ダイオードとトランジスタについて、基本的な静特性曲線を描き、トランジスタの増幅率を算出すること。
測定する値	ダイオードの順方向と逆方向における電圧の変化に伴う電流の値・トランジスタのベースに流れる電流とベース-エミッタ間にかかる電圧を変化させたときの他の端子にかかる電圧と電流の値
算出する値	電流増幅率・エミッタ接地の直流電流増幅率
検討すべき値	作製したグラフから分かるダイオードとトランジスタの特徴について
実験に使用するもの	ダイオード・トランジスタ実験装置
注意事項	電流計、電圧計、可変抵抗器、電池がばらばらではなく、一体になっている電源装置を使うのでレポートを書くときに注意すること。装置は独自開発のものを使用しており、教科書と測定方法が異なるので、装置に付属している説明書を良く読み、使い方を間違えないように注意すること。ダイオードについては、電圧を0.0V～1.00Vで変化させる。データの間隔は0.02Vごとにするのが基本だが、値の変化を見ながらグラフを作製するために必要な数のデータを各自判断してとること。ダイオードでは、順方向と逆方向の測定結果のグラフを方眼紙に描き、それぞれの性質の違いをみること。さらに、順方向の測定結果については片対数のグラフ用紙にも描き、教科書p.261の式が成り立っていること確かめる。トランジスターでは、教科書p.267の第216図のようなグラフが描けるようにデータを取ること。値の全てを細かく測定する必要は無いが、値が大きく変わるところは丁寧に測定する必要がある。また、3つのグラフを描くために別々の測定を行う必要はないので、よく考えて測定を行うこと。使用するトランンジスターはPNP型でなく、NPN型であるから注意すること。 I_b-I_c曲線と I_b-V_be曲線を測定するときは、V_ce= 3.0V とすること。
その他	グラフ用紙（A4）を持参すること。

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