ハイスピードカメラによる『観察』と『測定』を同時に行う実験方法の研究

利用高速相机同时“观察”和“测量”的实验方法研究

• 批准号: 25914002
• 负责人: 渡會 兼也
• 金额: $ 0.32万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-25914002/
• 关键词: 物理教育; ハイスピードカメラ

本研究は高校物理の実験にハイスピードカメラ(以下、HSカメラと略す)を利用し、生徒が『観察』と同時に『測定』を行う教材の開発を目的としている。CASIOのデジタルHSカメラは1秒間に最大1000コマの動画撮影が可能である。現象を撮影しておけば、ゆっくり・何度も観察できるだけでなく、コマ送りによる位置測定も可能となる。HSカメラによる位置測定は映像から直接データを取得できるため導入が容易であり、本研究が今後のICT普及に重要な役割を果たす可能性がある。本研究では生徒が実験でHSカメラを使うことを主眼に置き、その様子や実験精度を調べた。生徒実験のテーマは①「物体の自由落下による重力加速度の測定」と②「力学台車の衝突による運動量の保存」の2つを設定した。①については、記録タイマーを使った班(6班)とHSカメラを使った班(2班)との実験を比較した。結果、記録タイマーの班の重力加速度は平均が8.06m/s^2であるのに対し、HSカメラの班の平均は8.70m/s^2になった。これはHSカメラの場合はテープと記録タイマーの摩擦を考慮しなくてよいため、精度が向上したと考えられる。②については、すべての班(10班)でHSカメラを使い、衝突における運動量の保存を確認した。実験は10%以下の精度で運動量の保存を確認できた班もあれば、比較的大きな誤差(20%～30%)を出した班もあった(割合は半々)。これは実験の最初に解析方法や誤差評価について生徒に周知が不十分であったことが一因であると考えている。解析の手法やその周知は今後の課題である。生徒の感想には、本研究のねらい通り「測定が簡単にできる」「何度もくり返し観察と測定ができる」等が多く挙げられた。一方で、「4～5人の班ではカメラの液晶画面が小さい」「視差による誤差評価が難しい」などの意見もあった。今後、視差による誤差が無視できる条件の提示等(例えば、物体のサイズを小さくする)も考える必要がある。現在は生徒実験による反省を元に実験の手順等を学会誌にまとめている。

This study is based on a high school physics program (hereinafter, HS program). The purpose of using the teaching material is to use "observation" and "measurement" at the same time. It is possible to capture up to 1,000 video clips of CASIO's video HS video in 1 second. Phenomenon をphotography しておけば、ゆっくり・何多も観看できるだけでなく、コマ出りによる Position determination もpossible となる. HS カメラによるPosition Measurement Image からDirect acquisition and import content It is easy to understand and this research is very important in the future popularization of ICT. It also has the potential to be fruitful. In this study, the main eye of this study is the HS standard, and the precision of the eye is adjusted. ①「Measurement of gravity acceleration of objects in free fall」と②「Save the amount of motion of mechanical trolley due to conflict」の2つをsettings. ①については, record タイマーを使ったClass (6th class), HSカメラを使ったClass (2nd class), and との実験をComparison した. As a result, the average gravity acceleration of the タイマーのclass is 8.06m/s^2であるのに対し, and the average acceleration of HSカメラのclass is 8.70m/s^2になった.これはHSカメラのoccasionはテープとrecordタイマーのfrictionをconsiderしなくてよいため, accuracyが上したと考えられる. ②については、すべての级(Class 10)でHSカメラを使い、conflict the amount of exercise saved and confirmed. The accuracy of the accuracy of 10% or less and the saving of the amount of exercise are confirmed and the large error (20% ~ 30%) is compared.これは実験のInitial analysis methodやError evaluation価について生出に ZhouzhiがNot very muchであったことが一causeであると考えている. The method of analysis is well known and the future problems will be solved. The reflections of students, the study of this research, "Measurement of the simple 単にできる", "How to measure the ができる" and so on. One side, "4 to 5 people in a class, the LCD screen is small", "the parallax error evaluation is difficult" and the opinion is the same. From now on, the parallax error will be ignored and the conditions will be ignored (such as the object's condition and the object's small size) and the test will be necessary. Now I'm a student of the same name.

项目成果

ハイスピードカメラを利用した『観察』と『測定』を同時に行う授業方法の探求

探索利用高速摄像机同时进行“观察”和“测量”的教学方法

• 发表时间: 2013
• 作者: 田辺寿美枝(共著;論文集);渡會兼也
• 通讯作者: 渡會兼也