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平成27年度以前のレポート

物理学

物理学の2014年12月20日の内容はこちら

実習指導

市川 正敏  (理学部/理学研究科 物理学第一教室 講師)

チューター

久保 善嗣  (理学研究科 物理学第一教室 博士2年)
大村 拓也  (同 修士2年)

ボランティア

衛藤 貫太  (同 修士1年)

実施場所

吉田キャンパス北部構内理学部5号館235号室

実習内容

まず初めに、ブラウン運動に関する講義を行った。次に、水中に分散した1µmのコロイド粒子を光学顕微鏡によって透過光、蛍光観測し、粒子がブラウン運動する様子を高校生に観測させた。ブラウン運動する粒子のスナップショットを紙に印刷し、実際に粒子の座標を定規で測って手計算により粒子座標の平均二乗変位を求めた。得られた結果をプロットして平均二乗変位の傾きを算出し、理論式に代入することで実験データからアボガドロ数を導いた。今回測定されたアボガドロ数は6.5×10^23であった。最後に、加振機によって多数の小球と1個の大球を一緒に振動させることで、小球がランダムに大球に衝突してブラウン運動にような振る舞いをする様子を実際に見せ、よりわかりやすいスケールでブラウン運動のイメージを理解させた。

ブラウン運動に関する講義の様子
ブラウン運動に関する講義の様子

コロイド粒子のブラウン運動を顕微鏡で観察している様子
コロイド粒子のブラウン運動を顕微鏡で観察している様子

粒子のスナップショットから平均二乗変位を計算する高校生たち
粒子のスナップショットから平均二乗変位を計算する高校生たち


受講生の感想

  • 実際にブラウン運動の様子を観察できておもしろかった。ブラウン運動から人間が数えることができないアボガドロ数を求めることができておもしろかった。
  • 高校では、化学でアボガドロ数はもともと与えられた状態で計算するけれど、そのアボガドロ数をブラウン運動から自分で計算して求めることができるということが分かり、驚いた。また、平均して出てきた値が実際のアボガドロ数にけっこう近くなったのがうれしかった。
  • アボガドロ定数や赤血球の運動など、化学・生物学の分野を物理の視点から解明していくという、学問にへだたりなし、という言葉を思い出す講義で、刺激になりました。視野が狭い現在、物理=素粒子のイメージが強い自分が恥ずかしくなるようなくらい、もっと日常生活に密着しているのだと感じました。
  • 今回、ブラウン運動について教えていただいて、以前までは「ブラウン運動」という単語を覚えていただけだったので、知らないことばかりで新しいことをたくさん知れて嬉しかったです。今回の講義を後々の学校の授業や物理への好奇心につなげていけたらいいなと思います。また、ブラウン運動に関する実験などを見せていただき、とても楽しく、興味がわきました。今日は本当にありがとうございました。
  • 実際に物理現象を目で見て、その観測データをもとに教科書に載っている値を自分で求めるというのが面白かった。自分で考えてみると、思わぬ点で行き詰ったり飛躍があったりすることに気付けたのも有意義だった。
  • 今回は自分たちで計算しアボガドロ数を出すことをしました。物理では文字式が多くて具体的な数値がよく分かりませんでしたが、数値を出してみて本当に式が正しいんだと実感できました。また正しい数値を出すことは難しいんだとも分かりました。いろんな影響を考えないといけませんでした。
  • ブラウン運動をくわしく知れてよかったです。光学顕微鏡も見たことがなかったので見れてうれしかったです。物理の考え方を再認識することができる講義でした。物理がまた好きになりました。理論だけでなく、実験もいいな、と思いました。
  • 学校の授業ではブラウン運動は用語だけであまりくわしくはしなかったが、その様子を観測でき、その運動からアボガドロ定数を求めることができたので、より知識を深めることができ、貴重な体験だと思った。また、家に帰ってもう一度今回やった計算をしてみたいと思う。
  • 実際にブラウン運動が見れてよかったです。画像からアボガドロ定数を求めるところは、私はかなり時間がかかってしまったのですが、最終的に結構きれいな値になったのでほっとしました。最後のデモでも、ブラウン運動のイメージがなんとなくつかめてよかったです。

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