理科教育における実験・観察教材(ブラウン運動、電子の波動性、光速度測定)の研究

科学教育中实验和观察材料的研究（布朗运动、电子的波动性、光速的测量）

• 批准号: 14022201
• 负责人: 岡崎 隆
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Hokkaido University of Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14022201/
• 关键词: ブラウン運動; アボガドロ数; 沈降平衡; 分子運動

ブラウン運動に対するアインシュタインの理論は、J.ペランによって実験的裏付けを得て、分子の実在性を確定的なものにした。J.ペランの実験のうち、希薄なコロイド溶液の沈降平衡の測定実験は、ブラウン粒子が外力(重力)の下で気体分子と同様の振る舞いをすることを示し、粒子の濃度分布からアボガドロ数が導かれる。CCDカメラとコンピューターの利用によってブラウン粒子数の計測を容易に行うことができ、これをアボガドロ数の算出、原子・分子の実在性を明らかにする理科実験教材とすることを検討した。これまでの理科教育の中で、原子・分子概念は、化学反応における規則性の発見から仮説として導入されているが、ブラウン運動の観察は分子の実在性を直接示す教材として有効である。ブラウン運動の計測を行うためには大きさ、質量の揃ったブラウン粒子が必要であり、市販の粒径の揃ったラテックス粒子(ポリスチレン標準粒子、直径〜1μm)の利用が有効である。スライドグラス上に密封したラテックス溶液を用意し、数時間放置すると沈降平衡に達する。この粒子分布を顕微鏡によって観測・計測する。光学顕微鏡に取り付けたCCDカメラにより、ラテックス粒子の分布映像をコンピューターに取り込み、計測ソフトによって溶液深度毎(数μm)の粒子数を容易に計測することができる。粒子数分布は指数関数の振る舞いを示し、これからアボガドロ数を求めることができる。粒子の大きさ(質量)、溶液温度によって粒子分布が変わることが観察でき、ブラウン運動の分子運動論的説明の根拠を示すことができる。以上の演示実験によって、原子・分子の実在性、分子運動に対する理解が深まることが期待できる。

The theory of motion, the theory of motion J. Determination of the sedimentation equilibrium of a solution of a particle under an external force (gravity). Determination of the equilibrium of a solution of particles under an external force (gravity). CCD particle count measurement is easy to implement, and the calculation of particle count, atom and molecule properties are discussed in science textbooks. In science education, atomic and molecular concepts, chemical reactions, regular observations, introduction, movement, observation, and molecular reality are directly demonstrated in teaching materials. The measurement of particle motion is necessary for the measurement of particle size, particle size and particle size (particle size, diameter ~ 1μm). The solution is sealed and allowed to stand for several times to settle. This particle distribution is measured by microscopes. Optical micromirrors capture CCD images and particle distribution maps for easy measurement of particle counts at solution depths of several μm. The particle number distribution is expressed in terms of the number of vibrations of the exponential number. Particle size (mass), solution temperature, particle distribution, observation, explanation of molecular motion theory, etc. The above demonstrations are expected to deepen understanding of the nature of atoms and molecules, and the relationship between molecular motion and physics.