小型マイクとＬＥＤを利用した手軽で正確に音場を可視化する新しい物理教材の開発

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本研究によって次のことが明らかになった。1. 音の干渉を視覚化する新しい実験装置を開発し、教育的に有効であることが分かった。音の強弱を光の強弱に変換する小型装置を開発し、これを多数並べることで、これまで聴覚に頼るしかなかった音の干渉を視覚的に観察できる新しい実験装置をつくった。この装置を高校物理の授業で用いたところ、音の干渉を光と同様に理解ができ、音と光は同じ波の性質を有するということがよく分かる、といった生徒の評価を得た。また、この装置で得られる実験結果は見た目にも美しく、生徒の興味を引く上でも大きな効果があることが分かった。2. 変換装置を安価に小型化するメリットとその限界が明らかになった音を光に変換する装置を小型化すればするほど、より正確な観察を行うことができる。しかし、小型化に伴う部品数の制限等により、要求されるOPアンプの増幅率やコンデンサーの静電容量等の精度が上がるため、結果的に変換装置1つが部品代だけで5千円以上の高価になり、全体では数万円以上になってしまうことが分かった。そこで、高校の物理学で求められる実験精度とのバランスから調整を続け、最終的には、一般的に市販されている部品12点を用いて、3.5cm×1.8cmのサイズ、材料費270円の変換装置を開発し、実験装置全体では￥3000程度に抑えることができた。最終的に完成した実験装置は、例えば干渉縞から音の波長を測定するといった定量的な観察は難しい。しかし、音の波長や波源の位置などによって干渉縞が変化する、といった定性的な観察を行うには十分な性能をもち、安価に制作できて手軽に実験できるため、高校現場に受け入れやすい性能と特性を持っていると考えられる。