昭和初期の物理実験機器の復元による原理の理解とものづくりを重視した指導方法の開発

1 熱電流計の復元銅-コンスタンタン熱電対で発生させた大電流を電源とする磁石で,5kgの鉄を持ち上げる印象深い教具を復元した。直径10mmの銅棒を曲げてU字型のコイルを作り,そのほぼ中央部に直径5mmのコンスタンタン棒4本を並列に銀ロウ付けした。ガスバーナーで銅棒の一端を加熱し,他端を氷水で冷却した。銅-コンスタンタンの接合部は高温側232℃,低温側37℃(室温20℃)であったことから熱起電力を9mVと見積もった。生じた磁界により5kgの鉄を持ち上げることができた。U字型コイル中心部の磁界の強さをガウスメーターで測定し,30ガウスの値を得た。ビオ・サバールの式による計算から,回路に流れた電流を110Aと見積もった。生じた電力はほぼ1Wであった。物理IIの「電流による磁界」を中心に,(1)電流が磁気の大きさを決めていること,(2)起電力は小さくても太くて低抵抗の銅には大電流が生じることを教えるよい教具となった。2 ホイートストン氏カライドフォンの復元棒の一端が固定された片持ち梁構造の長方形断面を持つ棒の先端が,断面の縦横比に相当したリサージュ図形を描く教具を復元した。3mm四方の断面で30cmの長さの鉄棒を,研削盤で1:1(3×3mm),2:1(3×1.5mm),3:2(3×2mm),4::3(3×2.25mm),5:4(3×2.4mm),6:5(3×2.5mm)に精密に削り,棒の先端を黄色に着色して残像効果を高めた。断面の縦横方向の振動数が板厚に1次で効くという理論どおり,断面の対角線方向に力を加えて離すなどの弾き方によって,縦横の減衰振動の位相差の異なるリサージュ図形が得られた。物理IIの「単振動」や,物理Iの「交流」の単元で周波数の測定にリサージュ図形が利用できることを,分かりやすく説明する教具となった。これらの研究成果は,日本物理教育学会誌「物理教育」にて発表の予定である。

1 熱電流計の復元銅-コンスタンタン熱電対で発生させた大電流を電源とする磁石で,5kgの鉄を持ち上げる印象深い教具を復元した。直径10mmの銅棒を曲げてU字型のコイルを作り,そのほぼ中央部に直径5mmのコンスタンタン棒4本を並列に銀ロウ付けした。ガスバーナーで銅棒の一端を加熱し,他端を氷水で冷却した。銅-コンスタンタンの接合部は高温側232℃,低温側37℃(室温20℃)であったことから熱起電力を9mVと見積もった。生じた磁界により5kgの鉄を持ち上げることができた。U字型コイル中心部の磁界の強さをガウスメーターで測定し,30ガウスの値を得た。ビオ・サバールの式による計算から,回路に流れた電流を110Aと見積もった。生じた電力はほぼ1Wであった。物理IIの「電流による磁界」を中心に,(1)電流が磁気の大きさを決めていること,(2)起電力は小さくても太くて低抵抗の銅には大電流が生じることを教えるよい教具となった。2 ホイートストン氏カライドフォンの復元棒の一端が固定された片持ち梁構造の長方形断面を持つ棒の先端が,断面の縦横比に相当したリサージュ図形を描く教具を復元した。3mm四方の断面で30cmの長さの鉄棒を,研削盤で1:1(3×3mm),2:1(3×1.5mm),3:2(3×2mm),4::3(3×2.25mm),5:4(3×2.4mm),6:5(3×2.5mm)に精密に削り,棒の先端を黄色に着色して残像効果を高めた。断面の縦横方向の振動数が板厚に1次で効くという理論どおり,断面の対角線方向に力を加えて離すなどの弾き方によって,縦横の減衰振動の位相差の異なるリサージュ図形が得られた。物理IIの「単振動」や,物理Iの「交流」の単元で周波数の測定にリサージュ図形が利用できることを,分かりやすく説明する教具となった。これらの研究成果は,日本物理教育学会誌「物理教育」にて発表の予定である。