| 研究課題/領域番号 |
25560079
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| 研究機関 | 兵庫教育大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 物理教育 / 電磁気 / 変位電流 / 重ね合わせの原理 / 電荷保存則 |
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| 研究実績の概要 |
電磁気学は高等学校の物理教育や理工系大学の教育の中で力学と並ぶ大きな柱となっている。また理数系教員養成でも大切な内容の一つである。なかでも変位電流は電磁波の存在に不可欠であり、電磁気学の教育の中で画龍点睛となる大切な内容である。物理教育のなかで、平成24年になって変位電流（電束密度の時間変化率）が磁場をつくるかについての論争が起こっている。
本研究の目的は、端的にいえば、変位電流についての論争に決着をつける事である。この論争の中心には「半直線電流のつくる磁場」についての思考実験モデルがある。このモデルの可否について、古典電磁気学の法則にもとづいて科学的な手法で理論的な側面から研究する。
平成26年度は「半直線電流のつくる磁場」についての分析を継続している。我々は平成25年度に「重ね合わせの原理」にもとづいた解析結果を発表した。その成果は一定の評価を得たが十分には認知されていない。この「半直線電流」についての「重ね合わせの原理」を用いた解析は、物理教育としては抽象的であり、より具体的で明解な思考実験モデルが求められている。そこで「半直線電流」よりもより簡単な思考実験モデルを用いた研究を開始している。また「重ね合わせの原理」とは別の論点からの解析ができないか検討を進めている。一方物理教育から離れて相対性理論や場の量子論を用いた研究報告もあり、これらの観点にも配慮しながら解析を進めている。いずれについても平成26年度は継続中であり発表には至っていない。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
平成26年度以降の計画は、次の１，２の二つを計画していたので、各々について達成度を述べる。自己点検による評価としては、いずれの計画についても進展途中で、研究発表にいたらなかったので（4）遅れているとした。
１．理論研究：(a)平成25年度の継続．他の研究論文に見られる因果律に関して課題を見出したので検討を進めていた。「変位電流が磁場の渦を作る」ことは「空間変化」を結果と見る立場であり、逆に「時間発展」と見る論点について考察を進めていたが、類似の研究報告が昨年度参加した研究集会で別の研究者によって指摘された。この観点については再検討が必要となった。
(b)基準や方法論の立案： こちらについては進んでいない。我々が平成25年度に発表した成果はある程度の評価はあるが、十分に認知されていない。変位電流の論争そのものが続いていて、それを解決することが当面の優先課題である。
２．文献調査：文献は一部入手したが、分析は十分に進んでいない。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究成果、他の研究論文の状況、研究体制から、以下のように研究計画を一部変更する必要がある。
1.理論研究：変位電流に関するモデルの分析を継続する。当初計画ではさらに変位電流に限らず方法論の一般化までする方針であった。しかし我々の平成25年度の成果に対する意見および他の研究論文の状況から、我々の研究成果は一定の評価はされたが十分に認知されたとは言えず、変位電流そのものについての論争が続いている。我々の「半直線電流」についての「重ね合わせの原理」を用いた解析は、物理教育としては抽象的であり、より具体的で明解な結果が求められている。そこで思考実験モデルの一般的な方法論の確立よりも、まずは変位電流についての論争の解決が優先であり、これを中心に進めたい。
そのため「半直線電流」のモデル以上に論点を明解にできるモデルを立案し検討すること、「重ね合わせの原理」以外の観点から検討すること、純粋に解析的な計算以外に、pcを用いた視覚化を検討すること、また他の研究論文で議論が続いている相対論や場の理論を視野に入れること。こういった方針で研究を進める計画である。
２．文献調査：関連する文献収集は続ける。
３. 実験の可能性：当初計画では実験検証の可能性について理論的な分析をすすめることにしていたが、研究協力者（大学院学生1名）にあわせて、実験装置の試作も含めることにした。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究協力者が年度途中まで得られなかったことにより、文献収集が少なかったこと、
および文献調査のための出張がなかった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
以下の使用を予定している。（１）設備備品は物理教育関係の資料として、主に大学向けの電磁気学に関する図書、科学教育関係の図書、高等学校の教科書・指導書を購入する。（２）旅費として、物理教育学会および物理学会への旅費および基礎物理学研究所への文献調査旅費を予定している。（３）その他として文献複写および投稿料を予定している。
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