偏光現象から始める〈光と物質の相互作用〉教材の開発研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12680164
• 研究機関: 宮城教育大学
• 研究代表者: 千葉 芳明 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (40113881)
• 研究分担者: 本田 亮 鳴門教育大学, 学校教育学部, 助教授 (50199577) ; 神田 展行 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50251484) ; 永田 英治 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (20164428)
• キーワード: 偏光実験 / 光教材 / 物理実験 / 演示実験 / 物理教育 / 磁気・光効果 / ファラデー回転 / 学習ログラム

研究概要

われわれ身の回りには光に関する現象が数多くある。しかし、初等、中等教育の現場でその理論的背景を説明するには工夫が必要である。本研究では、偏光現象を用いた着色現象に注目して光と物質の相互作用に関する教材を創案し、光や色についての本質を学ぶプログラムを開発した。
1)偏光による着色現象を簡単にわかりやすく説明する学習プログラムを研究した。偏光板の間に高分子のシートを挟むと色が現れる。つぎに、偏光子、または偏光子を回転すると色が変わる。2枚の偏光板の偏光軸が平行の場合の透過光の色と、垂直な場合に現れる色は互いに補色の関係である。この関係をわかりやすく説明するために実験教材と学習方法について研究した。さらに、この教材を、理科大好きスクールなどで実践しその教育効果を検討した。
2)偏光による着直現象の本質を理解するためには、物質中で光の位相速度が変わる(屈折の法則)の理解を深める必要がある。その屈折の法則を演示す教材を創案した。本装置を用いると、入射角を変えたとき、屈折角がどのように変わるか、視覚的に理解できる。さらに、屈折の法則で保存される量は何かを考察することができる。
3)光と物質の微弱な相互作用の検出するためにマイケルソン干渉計を用いた光実験について教材化を検討した。マイケルソン干渉計はヤングの干渉計と並んでもっともよく知られた干渉計である。この実験装置の背景となる物理実験の要素(光学コンポーネント、光源、光検出器、電気回路、測定およびデータ取り組み装置)を教材に取り上げる研究を行った。
4)光教材を発展させ、電磁波を理解するための学習教材の導入実験を開発した。内容は、磁石とリニアーモーターを理解させるための実験教材である。

研究成果

• [文献書誌] 千葉芳明, 佐藤浩, 本田亮: "偏光による着色現象 -補色と白色光の演示教材-"応用物理教育. 27・1. 87-88 (2003)
• [文献書誌] 千葉芳明, 西山成郎, 浅野拓郎, 佐々木照, 佐藤真弓他: "磁石とリニアーモーターを理解するための教材"応用物理教育. 27・1. 89-92 (2003)
• [文献書誌] 千葉芳明, 神田展行, 池端美紗子, 石黒泰夫: "マイケルソン干渉計を題材にした物理実験教育"応用物理教育. 27・1. 85-86 (2003)
• [文献書誌] 千葉芳明, 神田展行, 池端美紗子, 石黒泰男: "マイケルソン干渉計にみる物理実験教育の要素"宮城教育大学紀要. 第37巻. 215-222 (2003)
• [文献書誌] Zang Li, Yoshiaki Chiba, Kenichi Tabata, Makoto Honda: "A Possibility of Material for Teaching aRefraction of Lght"Proc.of Int.Conf.on Physics Education for Reforming The Fundamental Physics Teaching. 109-111 (2002)