魅せる実験の探索
-定時制高校における物理実験の試みから-
Exploring How to be Inspired
- Trial in the Physics Experiment at Night High School -
第40回 物理教育研究集会
2011.11.26.Sat 於 ハービスOSAKAオフィスタワー8F
大阪府立成城高等学校Ⅲ部
燈下 将樹
研究の動機と解決への道筋
成城高校(夜間)の生徒は疲れている
→ 惹きつける授業の必要性
• 大阪市大村田研との連携
透明大型真空箱、真空ポンプを拝借
• 清風 豊田先生に実験手法を学ぶ
高速度カメラ、プロジェクタの購入
今日の目次
1.水の減圧沸騰の実験
2.高速度カメラとプロジェクターによる
放物運動の解析
3.まとめと今後の展望
1.水の減圧沸騰の実験
~水の状態図の理解のために~
水の状態図(常温常圧付近)
固相線は難しそうなので、
液相線の作成からアプローチ
減圧・降温により、
0℃~100℃の範囲を追いかけた
1.水の減圧沸騰の実験
~実験の様子~
アクリル製
透明大型減圧箱
湯を入れた
断熱容器
ベローズ型
圧力計
真空ポンプ
突沸したときの
圧力と温度を計測
1.水の減圧沸騰の実験
~実験の概念図~
1 気圧
圧
力
水
氷
水蒸気
突沸、温度圧力
記録点
0℃
•
•
•
温度
100 ℃
一回数分の減圧の過程で6,7点のデータ。
繰り返し実験が容易。
突然沸騰する様子が生徒の興味を惹く。
1.水の減圧沸騰の実験
~実験の結果~
1.0
Vapor Pressure Curve
Water
Pressure (atm)
0.8
Gas
0.6
Wagner Eq.
Measuring Point
0.4
Liquid
0.2
0
0
20
40
60
80
100
Teperature (℃)
文献値とおおよそ一致
2.高速度カメラとプロジェクターによる
放物運動の解析
実験の手法①
~撮影~
参考文献
豊田將章, “ビデオ映像を使った放物運動の解析”,
大阪府高等学校理化教育研究会 第5回物理研究委員会, 2010.
2.高速度カメラとプロジェクターによる
放物運動の解析
実験の手法②
~運動をプロットする~
ホワイトボードにプロット
プロジェクタで投影
カメラをコマ送り
2.高速度カメラとプロジェクターによる
放物運動の解析
~実験の結果~
この部分の解析結果
(速さの様子について)
X方向(水平方向)
Y方向(縦方向)
100.00
70.00
50.00
60.00
50.00
0.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
-50.00
40.00
Y方向(縦方…
X方向(水…
30.00
20.00
-100.00
-150.00
10.00
0.00
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19
重力加速度と空気抵抗について
速度の1次まで考えると、水平方向の運動方程式は
解は
まず空気抵抗を求めてから重力加速度が求められ
る。
→ 今後の課題
3.まとめと今後の展望
1.水の減圧沸騰の実験について
・ WagnerEq.の結果におおよそ一致
・ 一回、数分の実験で6,7点のデータが取れ、繰り返しも容易
・ 湯が突然沸騰する様子に生徒の興味
・ 状態変化と状態図の科学的イメージ、それらの関係の理解
今後
アクリル製大型減圧箱の製作
2.高速度カメラとプロジェクタによる放物運動の解析
・ ピンポン玉の放物運動のコマ送りに生徒の興味
・ 軌跡の記録の反復から運動則を体得
・ 生徒実験でも、水平方向の空気抵抗の検出精度
・ 実験は短時間、結果も即明示、繰り返しも容易
今後
ピンポン玉をスーパーボール、テニスボールなどに代え、空気抵抗の
影響を観測する。
謝辞
大阪市立大学大学院理学研究科
超伝導物理学研究室
村田惠三 教授
横川敬一 客員研究員
清風学園 清風中学・高等学校 物理科
豊田將章 教諭
この研究は
財団法人武田科学振興財団
2009年度「高等学校理科教育振興奨励」
および
科学技術振興機構
「H22年度中高生の科学部活動振興事業」
の支援によって行われました。
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