2日目内容
• 冊子販売
• HP更新状況の説明
講義で使用したプリント(パワーポイントファイル)を掲載した.
課題提出システムで出された回答も掲載する.
授業の感想は科学ボランティアセンターのHPに掲載されて
いる. http://ridai-svc.org/
• 講義 前回の復習+α,1章
<次回までの課題>
• i-sysで課題2(1章への質問・感想)を提出する.
• できるだけ口頭報告の班(4~6名)を編成しておく.
1
<静電気力の特徴>
①同符号の電荷(+と+,-と-)は反発しあう.
②異符号の電荷(+と-)は引き合う.
③距離が近いほど大きな力がはたらく.
ガラス棒: プラスに帯電
ストロー(ポリプロピレン): マイナスに帯電
プラス
マイナス
ビニールひも(ポリプロピレン)で「静電気クラゲ」.
2
静電気により物質に引力がはたらく理由
―
―
原子
+
+
原子核
―
電子
―
+
+
―
引力
塩
ビ
水
道
管
―
+
―
+
静電気による引力は,集塵機や
コピー機などで利用されている.
3
金属に電荷を近づけると...
+
+
+
+
+
+
+
自由電子
―
塩
ビ
パ
イ
プ
+
+
+
+
原子(陽イオン)
電子
4
なぜいつも引力なのか?
• 全ての物質は,原子から出来ている.
• 全ての原子は,原子核(+)と電子(-)から出来ている.
• 電子(場合によっては原子)は,物質中である程度動ける.
―
―
電子
+
原子核
5
6
問題9
紙でこすって静電気を発生させたストローを
水流に近づけると,どうなるでしょうか。
① 水の流れは引力を受けてストローの方
に曲がる。
② 水はそのまま,まっすぐ流れる。
③ 水の流れは反発力を受けてストローと
反対側に曲がる。
7
水(H2O)
の場合
ストロー
-
③反発力?
①引力?
②相互作用なし?
8
水(H2O)
の場合
ガラス棒
+
③反発力?
①引力?
②相互作用なし?
9
問題10
紙でこすって静電気を発生させたストローをメ
タノールの流れに近づけると,どうなるでしょう
か。
① メタノールの流れは引力を受けてスト
ローの方に曲がる。
② メタノールはそのまま,まっすぐ流れる。
③ メタノールの流れは反発力を受けてス
トローと反対側に曲がる。
10
メタノール
(CH3OH)
の場合
ストロー
-
③反発力?
①引力?
②相互作用なし?
11
問題11
紙でこすって静電気を発生させたストローを
ヘキサンの流れに近づけると,どうなるでしょ
うか。
① ヘキサンの流れは引力を受けてスト
ローの方に曲がる。
② ヘキサンはそのまま,まっすぐ流れる。
③ ヘキサンの流れは反発力を受けてスト
ローと反対側に曲がる。
12
ヘキサン
(C6H6)
の場合
-
③反発力?
①引力?
②相互作用なし?
13
質問2
水やメタノールは静電気から強い引力を受け
るのにヘキサンでは弱い引力しか受けないの
はなぜでしょう?
ヒント:それぞれの分子の極性を考えよう!
14
15
水素原子は電気陰性度が低い
+
酸素原子は電気陰性度が高い
H
2―
+
O
H
+
水分子には極性がある.
16
電気陰性度高い
17
+
H
2―
+
O
H
+
18
H +
―
2―
O
H +
19
+
+
―
+
20
ヘキサン
ヘキサンは無極性分子
21
―
+
―
電子
原子核
22
―
―
電子
+
原子核
23
自然科学の楽しさ
仮説(予想)→実験→仮説(予想) →実験....
• 予想があたると,嬉しい.
• 予想がはずれると,もっと嬉しい(大発見かも).
• 仮説をたてる(=現象のしくみをイメージする)
のが楽しい.
24
25
H +
―
―
電子
O
+
原子核
H +
26
水分子とヘキサン分子は引き合う!
水とヘキサンが分離するのはなぜ?
27
水と油が分離する理由
水素結合
―
+
―
28
29
+
H
2―
+
O
H
+
30
H +
―
2―
O
H +
31
32
+
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
33
+
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
34
+
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
35
+
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
水分子が回転に要する時間: 約10-12 s
=1秒間に1012 (1兆)回転
36
+
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
電子レンジ 2.45 GHz
37
+
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
+
電子レンジ 2.45 GHz
38
39
40
リチャード・ファインマンの言葉
何らかの地殻変動によって,あらゆる科
学知識が破壊され,たった一つの文章し
か次世代の人間に継承されないとしたら,
どんな文章を残せば最小限の言葉で最大
限の情報を伝えられるだろうか?
その文章とは...
「万物は原子から出来ている.」
41
第1章 原子・分子の世界
42
ビリヤードの玉の運動は予測できる.
ビリヤードの玉 = 原子 なら
「運命」は決まっている!
P1
図1-1
43
分子シミュレーション
44
ニュートンの運動方程式
F=ma
• 質量が同じなら,加速を大きくするためには,
より大きな力が必要.
• 同じ加速をするとき,質量の大きいものは,よ
り大きな力が必要. etc.
45
ニュートンの運動方程式
F=ma
• 質量が同じなら,加速を大きくするためには,
より大きな力が必要.
• 同じ加速をするとき,質量の大きいものは,よ
り大きな力が必要. etc.
46
未来を予測する方法
ニュートンの運動方程式
F=ma
力Fと質量mがわかっていれば,加速度aがわかる.
加速度がわかれば,未来の速度がわかる.
未来の速度がわかれば未来の位置がわかる.
古典力学では,運命は決まっている!
47
48
量子力学と古典力学の関係
量子力学的粒子
P7
図1-6
量子力学が正しいので,未来は不確定!
49
量子力学
全ての物体で成り立つ
古典力学
大きな物体でのみ成り立つ
古典力学が正しい領域
古典力学による値
あ
る
物
理
量
量子力学による値
=真の値
小
粒子の大きさ
P7
図1-7
大
50
古典力学で近似可能な範囲
巨視的(マクロ)
惑星の運動
リンゴの落下
コロイド粒子の運動(ブラウン運動など)
分子全体の運動(並進・回転)
分子内の原子の振動
原子・分子内の電子の運動
原子核内の陽子・中性子の運動
古典力学で近似可能
古典力学で近似不可能
→ 量子力学計算必要
微視的(ミクロ)
P8
図1-8
51
ダウンロード

と電子