2015 Fiscal Year Annual Research Report
変位電流の思考実験モデルの解析と物理教育にむけた方法論の開発
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25560079
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| Research Institution | Hyogo University of Teacher Education |
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Principal Investigator |
石原 諭 兵庫教育大学, 学校教育研究科(研究院), 准教授 (60263414)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 変位電流 / 電束電流 / 電磁気学 / 静電気 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物理教育の中で変位電流（電束密度の時間変化率）が磁場を作るかについて論争が行われている。本研究ではこの論争を解決することを目指した。また関連した実験および電磁気単元の教育について研究を進めた。研究の成果は以下の通りである。このうち(B)、(C)が最終年度の成果である。
（A）論争の焦点には「変位電流は磁場を作らない」とする思考実験のモデルがある。そのモデルについて理論的な側面から研究し、同じモデルで「変位電流は磁場を作らない」という命題が成立しないことを示した。その証明には、電磁気学における重ねあわせの原理および電荷保存則のみを用い、近接作用あるいは遠隔作用どちらの立場でも適用できる極めて一般的な結論である。
（B）実験的な側面から変位電流のつくる磁場についての研究を行った。空気コンデンサーを用いて変位電流がつくる磁場を測定する実験装置を作製し、初期の結果まで得た。近接作用の立場に立てば、変位電流が作る磁場と見られる信号を検出できた。本研究では矩形波(先行研究は正弦波)を入力しているので静電誘導によるノイズと変位電流による信号を判別できる。また本研究では空気コンデンサー（先行研究は誘電体入りコンデンサー）を用いて分極電流ではなく変位電流の効果だけを検出できる。この実験装置の改良を進めれば、高等学校で、思考実験ではなく実験教材を用いて教育することが可能になり、教育効果を高めることが期待できる。
（C）電磁気単元では、見えない電荷や電流にもとづいて静電気の教育が行われている。それを改善する教育方法について研究した。そして電荷と電流を各々視覚化する実験器具を併用して、中学校あるいは高等学校で静電気の概念を教育する一方法を提案し、考えられる教育上の利点・欠点について検討した。この方法は先行研究にくらべて、簡易で初等的であるため静電気の概念形成段階の教育に導入できる可能性がある。
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Research Products
(5 results)
