物理学実験
2006年

トップページへもどる
科目のねらい

良き医療人を目指す準備教育においても，自らの身体と頭脳で体験する 実験・実習は貴重であり，欠かせない．この実習の内容は「物理現象と 物質の科学」の一部として，学生自身が自然に問いかけ，測定し，結果を 考察するという体験を通して，物質や現象に理解を深めることを目指している． 一般目標は次の通り．

物理現象と物質の性質，物質間の相互作用に関する基本法則を学ぶ． 物質の成り立ち，原子・分子，化学結合，化合物などを理解する． さまざまな物理現象が，物体の物体の力学的な運動に起因することを 学ぶ．振動と波動現象の特徴と，光と音の基本的性質を学ぶ． さまざまな電磁現象を学び，それらが一組の基礎方程式によって 統一的に記述できることを学ぶ．物質のマクロな性質，物質間の 相互作用，エネルギーと物質の相互作用について学ぶ．

学生へのメッセージ 実習は各自行うので，欠席をしないよう心掛けると共に，実習に取り組む 姿勢が重要であることを念頭に臨んでほしい．
　 実験項目 実験内容・到達目標
1 固体の密度 固体をつるしたバネの伸びは，固体の質量に比例する．また，この固体を 水中に入れると固体が受ける水の浮力は，固体の体積に比例する． このことから，固体の単位体積当たりの質量，すなわち， 固体の密度を測定する．
2 電位差の測定 人体や生物中には，細胞の膜電位などの電位差が存在する．この実験では， 生理的食塩水などを電解液として，異種金属を用いた化学電池を作り， その起電力を電位差計の原理を用いて測定する．その原理は， 起電力と抵抗線の電位降下とをつり合わせ， 標準電池の起電力と比べる比較法である．
3 電流・電圧の測定 電荷の流れを電流といい，電流は電位の高い方から低い方へ流れる． この電位の差を電圧という．同じ電圧をかけても少しの電流しか流さない 導体は電気抵抗が大きいという．電流と電圧を測定し，電気抵抗を求める．
4 液体の流れ 液体が流れるとき，粘性の影響をうける．水平な円管を流れる液体の 流量から，粘性係数を測定する．
5 等電位線 黒模造紙上にとった2電極間にある等電位の場所を記録する．
等電位線が引けたら，等電位線に直交するように電気力線を描く．
6 応力分布 光は振動面が進行方向と垂直な横波である．
初めの偏光板から出た偏光の振動面は，ひずみの生じた透明樹脂板の内部 で分離する．これをもう一枚の偏光板を通して観測し， 引張応力と圧縮応力の分布図を描く．
7 ヤング率 2つの支点で水平に支えた金属棒の中点のたわみを測定し，弾性体の ひずみと応力の関係や材質のヤング率を計算する．
8 確率試行 医歯学の研究や診断に利用されるRI(ラジオアイソトープ)の核崩壊は確率過程 の例である．このモデルとして，多数の硬貨やサイコロを投げて確率過程をつくり， 半減期の意味や自然界に現れる指数関数的減少過程を理解する． また，片対数グラフの利用法を修得する．
9 音声の波形 音や声の音色(ねいろ)の違いをオシロスコープの画面での波形の違いとして 観測する．また，音声の高さは振動数の大きさに関係するが，どんな複雑な 波形も，基本の振動数とその整数倍の振動数の純音の重ね合わせとして 表せることを知る．
10 電磁誘導 磁石の回転でコイルの磁束を変化させ，コイルに生じる起電力の 周期を測定してファラデーの電磁誘導の法則を説明する．
11 電流の磁場 電流の近くでの磁針の振れから磁場の強さを測定し，アンペールの 法則や磁場のガウスの法則を説明できる．
12 光の干渉 回折格子にレーザー光をあて，干渉縞を観測する．干渉縞より， レーザー光の波長を計算する．