2019年度 物理基本実験   Fundamental Physics Experiments

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開講元
物理学コース
担当教員名
河合 誠之  中村 隆司  陣内 修  宗宮 健太郎 
授業形態
曜日・時限(講義室)
月5-8(H134A実験室)  
クラス
-
科目コード
PHY.L412
単位数
1
開講年度
2019年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2019年4月5日
講義資料更新日
-
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

この科目では3つの基本的な物理実験に取り組んでもらう。2〜3週間に1回のペースで行い、各実験では準備期間を設け、実験内容を把握してもらう。各実験では二人一組を作り、共同で進めてもらう。各実験終了後に各自がレポートを作成し、提出する。
実験Aでは回折格子による分光器とデジタル・カメラを用いて水素・ヘリウム原子からの光や身の回りの光源からの光を測定する。実験BではNaIシンチレータを用いてガンマ線の測定を行う。コバルト線源をもちいた測定では、ガンマ線2本の同時計測にも取り組む。(今期実験Cは行わない:実験Cでは荷電粒子である宇宙線ミュー粒子を捕え、寿命の測定を行う。3体崩壊の運動学や、弱い相互作用の基本結合定数の計算手法も身につける。)実験Dではマイケルソン干渉計を用いて結晶の屈折率の温度依存性を測定し議論する。レーザーに関する基礎技術を身につける。
実験説明の一部は英語でも行われる。

到達目標

基本的で重要な3つの物理実験を行い、その現象の背後にある物理法則を再考し、物理の原理を把握することを目的とする。実験Aでは水素・ヘリウムのバルマー系列の光を観測し量子力学による計算と比べる。実験Bではガンマ線と物質との相互作用を基本的なガンマ線測定を用いて理解する。(実験Cでは宇宙線ミュー粒子の寿命を測定し、弱い相互作用の基本的定数を求める。) 実験Dではレーザー干渉の基礎を理解し,フィードバック制御技術を身につける。学部のときに学んだ実験機器の扱い、データ処理の技術などを、実践することにより精練させ、修士論文研究の現場でも応用の効く本格的な技術を体得することを目的とする。

キーワード

物理実験、データ処理、画像解析、ガンマ線測定、宇宙線測定,レーザー技術,フィードバック制御

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力

授業の進め方

準備、実験室での実験、レポート作成の手順を3回繰り返す

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 第一回実験(原子の分光と量子力学:前半) デジカメ画像解析の習得、量子力学計算との比較・考察
第2回 第一回実験 (原子からの特性X線と量子力学:後半) デジカメ画像解析の習得、量子力学計算との比較・考察
第3回 第二回準備、及び第一回レポート作成(デジカメ画像解析、量子力学計算との比較・考察) デジカメ画像解析の習得、量子力学計算との比較・考察
第4回 第二回実験 (NaIシンチレータによるガンマ線測定:前半) エネルギースペクトル解析法、同時計測手法の習得
第5回 第二回実験 (NaIシンチレータによるガンマ線測定:後半) エネルギースペクトル解析法、同時計測手法の習得
第6回 第三回準備、及び第二回レポート作成(エネルギースペクトル解析、同時計測手法) エネルギースペクトル解析法、同時計測手法の習得
第7回 第三回実験 (マイケルソン干渉計を使った実験:前半) マイケルソン干渉計の校正,制御
第8回 第三回実験 (マイケルソン干渉計を使った実験:後半) 、第3回レポート作成(3体崩壊運動の計算、弱い相互作用基本定数の計算) オープンループゲインの測定,サファイア結晶の屈折率の温度依存性測定

教科書

実験の手順、課題を記したテキストを受講生に配布する
受講者は前もって予習をし、実験当日持ち寄る。

参考書、講義資料等

中井浩二著 「実験の作法と安全」 吉岡書店

成績評価の基準及び方法

3回の実験後に提出されたレポート内容に基づき評価する。

関連する科目

  • PHY.L202 : 物理学実験A
  • PHY.L203 : 物理学実験B
  • PHY.L201 : 物理実験学
  • ZUB.L240 : 物理実験学II

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

特になし(理論系の学生にも推奨する)

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