マイケルソン干渉計をもちいた物理実験教育

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680188
• Research Institution: Miyagi University of Education
• Principal Investigator: 神田 展行 宮城教育大学, 教育学部, 助教授 (50251484)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辰巳 大輔 国立天文台, 位置天文, 助手 (70333276) ; 千葉 芳明 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (40113881) ; 太田 忠之 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (10054363)
• Keywords: マイケルソン干渉計 / 物理実験教育

Research Abstract

本研究の目的は、マイケルソン干渉計をモデルケースとして、大学学部初等度、あるいは中学・高校教員養成課程の学生のための物理実験のカリキュラムを作成することである。本年度は主として干渉計に簡単な制御回路をとりつけ、実験装置としてのモデルをほぼ完成させた。
まず装直および機器の選択、製作である。
マイケルソン干渉計本体は、He-Neレーザーを光源に用い、誘電体多層膜の鏡、アルミニウム製の光学ブレッドボード光学素子保持具を用いて組み上げた。光学系の部品は特注するとコストを急激に上げ、教育教材として難しくなるので、これらの部品は全て市販のものである。光検出、制御回路は市販のものでは逆に要求を満たさない上に動作がブラックボックス化してしまうので、市販の回路部品をもとめ、回路そのものは自作する。測定装置はデジタルオシロスコープとデータロガーを用い、コンピューターと連係させて用いる。これらは市販の装置である。
作業は、卒業年次の学生に協力してもらい、スキルと難易度を確認しながらおこなった。鏡の変移制御には音声用のスピーカーを転用し、自作の増幅回路、加算回路、周波数フィルターを用いて干渉系を動作状態にフィードバック制御した。鏡制御の較正値は干渉フリンジを用いて、5%程度の精度で決定し、また温度変化によるドリフトをフィードバック補正して連続な干渉計をロックに成功した。
以上のように今年度で実験用装置は完成した。来年度は大学初等学年についての実験手順書、およびそこで教えるべき題材を示すカリキュラム(教案)を作成する。

Research Products

• [Publications] 池端, 三浦, 千葉, 神田: "マイケルソン=モーレーの追実験を題材とした物理教育"日本理科教育学会東北支部第39回大会要項. 14 (2001)
• [Publications] 張力, 蘇雲, 千葉芳明: "屈折の法則の理解を深める演示器の製作"第13回物理教育に関するシンポジウム予稿集. 42-44 (2002)