レポート作成上のヒント
0.基本事項
(1)単位 ([ ]内は良く使われる別の単位)
長さ:m [km, cm, mm,μm, nm,Å]
質量:kg [g]
時間:s [hr, min]
温度:K [℃]
電流:A
電圧:V
電気抵抗:Ω
静電容量:F
インダクタンス:H
磁束密度:T [G],磁場:A/m
[Oe]
力:N (= kgm/s2)
圧力:Pa (= N/m2),真空度:Torr (= mmHg) [atm, Pa]
仕事,エネルギー:J (= Nm),熱量:cal
電力:W (= AV = J/s)
(2)桁表示
p (ピコ): 10-12
n (ナノ): 10-9
μ (マイクロ): 10-6
m (ミリ): 10-3
k (キロ): 103
M (メガ): 106
G(ギガ): 109
(3)直線の傾きk
測定データーに対して直線を引く場合,その直線の傾きが重要な物理量を表すことが良く
ある。しかし実際に,測定点に直線を引く場合,測定点がまさにその直線上にあることは
稀である(図1参照)。
図1.直線関係の例
この時,直線の傾きを求めるには,実験点の値をそのまま計算に使用してはいけない。
直線上の任意の2点の座標,(x1, y1), (x2,
y2)を読み取り,
により,傾きを求める。
1.長さの測定と誤差
平均値
(3)
平均自乗誤差
(6)
2.たわみによるヤング率の測定
理科年表の値
鉄:21.14×1010 Pa
銅:12.98×1010 Pa
黄銅:10.06×1010 Pa
荷重(M)と中点降下量(h)の関係
ここで用いるΔsは,
(mm)
(i
= 0, 1, 2, 3, 4, 5)
で求め,そのときの荷重Mは,
M = 200×i (g)
である。横軸にM,縦軸にhを取るとプロットは原点を通る直線になる。
3.ねじれ振り子による剛性率の測定
(1)周期の測定方法の変更
横置き,縦置き,それぞれについて,10周期を3回測定して,その平均値を求
める。これから,周期T1とT2を求めれば良い。
(2)理科年表の値
鋼:7.8-8.4×1010 Pa
黄銅:3.73×1010 Pa
6.混合法による固体の比熱の測定
理科年表の値
鉄:0.104 cal/g℃
銅:0.091 cal/g℃
アルミニウム:0.210
cal/g℃
7.真空の実験
(1)以前のピラニ真空計から,新たに,広領域真空計が導入されている。この
真空計では,大気圧付近も測定できる(ただし,精度はあまりない)。また,測
定単位が,Pa(パスカル)になっている。測定結果は,
1 Torr = 133.32 Pa
でTorr(トール)に換算する。
(2)真空ポンプ(RP)が,排気速度450 (ℓ/min)の高性能なものに変更されている。
レポート作成時には,この値を用いること。これに伴い,実験方法も一部変更する。
真空度の測定は,10 (s)ごとに,5 (min)まで行うこと。
<注意>
RPをONにする時は,2つのリークバルブ(P. LEAK, B. LEAK)が共に閉じていることを
必ず確認する。リークバルブを開けたままの状態でポンプを作動すると,大量の空気が
延々とポンプ内に送り込まれ,真空度が上がらずに実験が進まないばかりか,大気中への
オイル放出による健康被害やオイルの劣化を引き起こす。
(3)ガイスラー管を用いた放電の測定は行わない。
(4)実効排気速度の計算
(4)
の両辺の自然対数(logeをlnと記す)を取ると,
これを常用対数に直すと,
を得る。この式は,縦軸にlogP,横軸にtを取ると,その直線の傾きが である
ことを示す。すなわち,片対数グラフにプロットしたデーターの初期直線部分の
傾きに相当する。グラフから直線部分の傾きを読みとり,テキストに与えられて
いるV値を用いれば,実効排気速度S (l/s) を求めることが出来る。
傾きを読みとるとき,対数軸上では102 →2,101 →1,
・・・,10-2 →-2 である
ことに注意。直線の傾きの求め方は,0.基本事項を参照のこと。縦軸の値が
2, 1, 0, -1, -2 と言った切れの良い値のときの,横軸の値(時間)を読み取ると良
い。本排気装置の場合,実験的に求められた実効排気速度は,回転ポンプの排気
速度(テキストに記載)にほぼ等しくなるはずである(ただし,単位に注意する
こと)。
10.レーザー光の回折と干渉
(1)複スリットの干渉模様
図6 d : s = 2 : 1 のときのパターン
図7 d : s = 4 : 1 のときのパターン
実験で求めたd : sはどの程度になっているか考察しよう。
(2)追加課題
デジタルマイクロスコープを用いて,スリットのs, dを測定する。
レーザー光の回折から求めた値と比較しよう。
11.結晶によるX線の回折
追加課題:背面X線ラウエ法による単結晶解析
結晶構造可視化・解析ソフトウェア"Crystal Maker"によるシミュレーション
実験の流れを掴むのに役立ちます。
12.溶液の吸収スペクトル
(1)テキストの修正
p.104 (b) 4行目
「・・・約3cc入れ,ふたをする。」
p.104 (c) 1行目
「・・・。本体右側面のダイヤルで,波長を350nmにセットする。本体前面の
試料切り替えノブを・・・」
p.104 (f)
続けて(3)の吸収係数の測定を行なう場合は,水,赤色水溶液,青色水溶液を
そのまま使用する。もし,実験がここまでで終了の場合には,Wランプを・・・
戻さないこと。POWERスイッチをOFFにし,電源コードを抜いて実験を終了する。
p.105 (a)
・・・。試料ホルダー側の水入りセルは取り去る。
p.105 (b)
・・・3cm程度まで入れ,ふたをする。これら3つの試料セルを,・・・
(2)透過率の計算
(3)
を指数表示すると,
これを(1)式に代入すると,
(%)
を得る。
(3)吸収係数μ(cm-1)の求め方
ln(IT/I0) - d 図は原点を通る直線となる(lnはlogeの意味)。式(5)より,この直
線の傾きが-μになる。直線の傾きの求め方は,0.基本事項を参照のこと。
13.ホイートストンブリッジ
原理の証明には,キルヒホッフの法則を利用する。
15.交流回路
(2)インピーダンスの理論値(周波数依存性)
LR回路:ZL = Lω
CR回路:ZC = 1/Cω
ここで,角周波数ω= 2πf
注:計算のとき,桁表示に注意すること。0.基本事項を参照。
(3)位相差(CH1の波形に対してCH2の波形が横方向にずれている角度)
LR回路: だけ進む
CR回路: だけ遅れる
50 kHzでスケッチしたCH1,CH2の波形から位相差を求め,理論値と比較して
みよう。1周期は360°(= 2π)であることから,2つの波形の横方向のずれが何
度であるか計算できる。
(4)LCR回路
共振周波数: (Hz)
実測値と理論値を比較してみよう。
位相差: だけ進んだり,遅れたりする。
共振周波数では位相差はなくなる。
1 kHz, f0,
100 kHzでスケッチしたCH1,CH2の波形から位相差を求め,理論値
と比較してみよう。
Q値:
共振曲線(I0 – logf 図)からω1,ω2を読み取り, から求まるQ値
と理論値を比較してみよう。
(5)インピーダンスアナライザーを用いて測定した結果も比較してみよう(イ
ンピーダンスの値,位相差,共振周波数など)。
低周波発信器&オシロスコープの測定と比べて,どちらが理論値に近いだろうか。
また,測定データーは,エクセルファイルとして以下からダウンロードできる。
エクセルのグラフ機能などを用いて,グラフにしてみよう。
16.半導体
(1)テキストの訂正
P.143, 3行目
電圧計V1, V2 (電圧計は1つしか使用しない)
(2)電圧計としては,デジタルマルチメーター(MD-700)を用いる。DCVス
イッチを押し込み,10Vまでの測定では20Vスイッチを,1Vまでの測定では,
2Vスイッチを押し込む。このレンジスイッチは,測定できる最大値を示してい
るのみで,測定値に影響は無い。
電流計としては,デジタルマルチメーター(Agilent 34405A)を用いる。電源ス
イッチを入れて,立ち上がり中に右側表示に一瞬”AUTO”の表示が出れば,オー
トレンジになっている。DCIのスイッチを押して直流電流測定モードにする。
左側表示に”ManRng”と表示が出ている場合は,shift, Autoとスイッチを押して
オートレンジにすると良い。
17.発振
18.熱起電力の測定
追加課題:データーロガーを用いた測定
データーロガー予備機マニュアル (USBメモリに直接保存できる)
データーロガーに保存されたデーターを,エクセルのグラフ機能などを用いて,
縦軸に熱起電力,横軸に温度を取ったグラフにすること。測定データーを持ち帰
るのに,USBメモリーなどの記録媒体を持参する事。
エクセルのグラフウィザードで図を作成する場合,「散布図」を指定すること。
棒グラフ等の統計図モードでは,横軸を上手く指定する事が出来ない。
CH1 : 温度(℃)
CH2 : K熱電対の起電力(mV)
CH3 : J熱電対の起電力(mV)
.CSV形式は,カンマ区切りテキストファイルであり,ダブルクリックではファ
イルが開かない事がある。その時は,アプリケーションをエクセルなどに指定し
て開くか,エクセルのファイルメニューからファイル名を指定して開くかすると
良い。自分達のデーターが上手く利用できない場合は,以下のエクセルファイル
を利用しても良い。
19.金属の電気抵抗の温度変化
指導書の操作方法は余計な記述が多く,かえって混乱を招く。簡易版マニュアル
を利用すると良い。
20.半導体の電気伝導度とホール係数
(1)測定について
電圧計としては,デジタルマルチメーター(Agilent 34405A)を用いる。電源ス
イッチを入れて,立ち上がり中に右側表示に一瞬”AUTO”の表示が出れば,オー
トレンジになっている。これが現れずに,左側表示に”ManRng”と表示が出てい
る場合は,shift, Autoとスイッチを押してオートレンジにすると良い。DCVで測
定を行う。
磁場の測定で,ガウスメーターは,BELL
620を使用する。
(2)ホール係数の求め方
0B
–VH 図は直線関係にはあるが,半導体試料の幾何学的形状により横方向に漏
れ電圧が生じるため,その直線は原点を通らない。直線の傾きからホール係数を
求めることになる。
(V/T) (14)’
直線の傾きの求め方は,0.基本事項を参照のこと。この計算で用いる電流値
は,ホール電圧の測定で用いた値である(比抵抗の測定で用いた値とは全く無関
係)。計算には,mV, mAと言った単位が含まれているので,桁の扱いに注意し
よう。
n型とp型でホール係数RHの符号が逆向きである理由を考えよう。
(3)電荷の移動度
比抵抗ρには,実験Iの測定結果の平均値を用いる。
(4)電荷の平均自由行程
電子の質量と電荷を計算に用いる。
m = 9.11×10-31 kg
e = 1.602×10-19 C
26.パソコンを用いた温度計測
テキストの古い課題は廃止し,新しい課題を行なっています。
(1)測定データーを持ち帰るのに,USBメモリーなどの記録媒体を持参する事。
(2)エクセルのグラフウィザードで図を作成する場合,「散布図」を指定する
こと。棒グラフ等の統計図モードでは,横軸を上手く指定する事が出来ない。
(付録)旧テキスト(黄緑表紙)正誤表
ページ |
箇所 |
誤 |
正 |
21 |
5. (3) |
机上に該当部分のコピーが置いてある |
各自図書館等で調べる |
28 |
周期の測定表 |
0分43秒 |
1分43秒 |
43 |
図4 |
Q, W |
Q
(cal), W (J) |
55 |
式(4) |
|
|
88 |
上から2行目 |
1.5〜2.0 m |
1.2〜2.0 m |
94 |
表1の表題 |
削滅則 |
消滅則 |
103 |
上から9行目 |
レバーをW側にし,・・・点灯 する。 |
レバーがW側(波長が・・・)であることを確認する。 |
104 |
表1 |
透過率T |
透過率T(%) |
104 |
本文(c) |
本体右側面の・・・ |
本体上部左のスイッチを入れてWランプを点灯する。本体右側面の・・・ |
104 |
下から1行目 |
測定が終了したら, |
測定が終了したらWランプを 消し, |
105 |
上から2行目 |
(2) |
(3) |
105 |
上から3行目 |
実験(1) |
実験(2) |
105 |
上から4行目 |
1cmセル2個セルを |
1cmセル2個を |
105 |
上から6行目 |
及び10cm |
(削除する) |
105 |
表3 |
0 |
0(= 水 1cm) |
105 |
表3 |
10 cm の行 |
(削除する) |
111 |
下から5行目 |
∞ |
∞の目盛り |
143 |
図4 |
V1メーター |
(配線しない) |
144 |
下から5行目 |
図5の様に |
図7の様に |
176 |
図5(a) |
図の左部の[電圧降下Vx]と [矢印類] |
(削除する) |
177 |
表2表題 |
n型半導体試料についての |
比抵抗の |
181 |
(14)'式 |
|
|