<ものの光学的・電気的・磁気的性質とその応用>を学習する実験教材の開発

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21500821
• Research Institution: Miyagi University of Education
• Principal Investigator: 千葉 芳明 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (40113881)
• Keywords: 光実験教材 / 電気実験教材 / 磁気実験教材 / 物理教育 / 応用物理教育 / 教育用電磁石

Research Abstract

1.教育用ヘルムホルツ型電磁石と鉄芯入り小型電磁石による磁界の発生の研究
22年度に引き続き、ヘルムホルツ型コイルを用いて、物質の磁化課程を定量的に測定できる実験装置の製作に取り組んだ。まず、磁場の強さの時間変化を制御するための教育用プログラムの研究を行った。
鉄芯入り小型電磁石では、パソコンで制御できる市販インターフェイスを用いた磁場を制御し、小さな鉄球に作用する磁気力の大きさを電子天秤で測定する教材の検討を行った。
同じ大きさの鉄球の数を1個から2個、3個と増やす、さらに鉄球を規則的に配置する、磁荷過程の様子を観測する教材を検討し、その成果をもとに物質と磁界の相互作用を理解するプログラムの検討を行った。
2.デジタル・オシロスコープを用いた豆電球とLEDを用いた電気回路を理解する実験教材の開発
22年度に引き続き、はじめに、パソコンに接続できる低周波発振器やオシロスコープを用いて、直流と交流の相違点を学習する実験プログラムの検討を行った。豆電球や、LEDに流れる電流と電圧の関係を、デジタル・オシロスコープを用いて容易に示すことができる教材を開発した。
また、交流の場合には回路に流れる電流が周波数に依存することを、手作りコイルや手作りコンデンサーを用いたLCR回路をもとに学習する実験教材の開発を行った。
3.豆電球を用いたエネルギー変換教材に開発
豆電球に電流を流したときの発光スペクトルを測定することによって、発光の原理の理解を深める教材を研究した。具体的には電球にかける電圧を次第に大きくすると、電球の光は赤味がかった、黄色の弱い光から明るい白色光に変化する。これを分光することで電圧を大きくすると、短波長の光が増加すること理解できる。また、プランクの法則やウイーンの法則を理解するための教材の構築を試みた。
連携研究者:本田亮(鳴門教育大学)

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

震災の影響あったので、これまでの研究経過を踏まえた、実施計画を立案した。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究成果をまとめ、課題はさらに発展させるよう取り組みたい。