高校物理の理解を促進するアナログ式・デジタル式波モデルの実験教材の開発

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研究目的:高校物理1の波の分野において、波の伝わり方を媒質が移動するかのように捉えている学生が多い。本研究では媒質そのものが移動するのではなく、各点が位相差を持って単振動しているということを説明するための教材を開発する。既存のウェーブマシンとは異なり、説明時に自由に波を停止・起動でき、公式通りの動きを再現することを目的とする。研究方法:部材は主にABS樹脂の円運動用歯車,駆動用歯車,質点用溝板から構成した。溝板は縦方向の動きのみを抽出するように溝を入れており、円運動用歯車の回転に合わせて上下することで単振動の動きを忠実に再現するようにしており、波の公式の説明に役立てられるようにした。駆動用歯車は回転軸に固定し、円運動用歯車を一斉に同角度で回すことができるようにした。この単振動を生み出す1セットの機構を13点分用意し、30°ごとに位相差をつけて連結させ、1周期分の波を再現した。成果:公式通りの動きをする単振動の機構を連結させ、振幅60mm,1波長1000mm程度の波を完成させた。波モデルの軸を回転させると滑らかなサインカーブを描き、各質点の単振動の位相差がまるで波が移動するかのような現象を生んでいることを説明するという目的に即した波モデルとなった。しかし、重量が8kg弱あり、授業に持ち込む際に取り扱いが手軽に行なえないという点、やや強度に不安のある点が欠点である。学生自身が気軽に触って理解できるよう軸を金属に変え、教卓においてもどの席からも単振動の動きを見やすいように支持板を透明の部材に変えるなどして改良していく予定である。