レポート作成上のヒント

 

０．基本事項

（１）単位　（[ ]内は良く使われる別の単位）

　　長さ：m [km, cm, mm,μm, nm,Å]

　　質量：kg [g]

　　時間：s [hr, min]

　　温度：K [℃]

 

　　電流：A

　　電圧：V

　　電気抵抗：Ω

　　静電容量：F

　　インダクタンス：H

　　磁束密度：T [G]，磁場：A/m [Oe]

 

　　力：N (= kgm/s²)

　　圧力：Pa (= N/m²)，真空度：Torr (= mmHg) [atm, Pa]

　　仕事，エネルギー：J (= Nm)，熱量：cal

　　電力：W (= AV = J/s)

 

（２）桁表示

　p （ピコ）: 10^-12

　n （ナノ）: 10^-9

　μ （マイクロ）: 10^-6

　m （ミリ）: 10^-3

　k （キロ）: 10³

　M （メガ）: 10⁶

　G（ギガ）: 10⁹

 

（３）直線の傾きk

測定データーに対して直線を引く場合，その直線の傾きが重要な物理量を表すことが良く

ある。しかし実際に，測定点に直線を引く場合，測定点がまさにその直線上にあることは

稀である（図１参照）。

　　　　　図１．直線関係の例

 

この時，直線の傾きを求めるには，実験点の値をそのまま計算に使用してはいけない。

直線上の任意の2点の座標，(x₁, y₁), (x₂, y₂)を読み取り，

　　

により，傾きを求める。

 

 

１．長さの測定と誤差

平均値

　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)

 

平均自乗誤差

　　 　　　(6)

 

 

２．たわみによるヤング率の測定

理科年表の値

鉄：21.14×10¹⁰ Pa

銅：12.98×10¹⁰ Pa

黄銅：10.06×10¹⁰ Pa

 

荷重（M）と中点降下量（h）の関係

　

ここで用いるΔsは，

　 (mm)

　　　(i = 0, 1, 2, 3, 4, 5)

で求め，そのときの荷重Mは，

　M = 200×i (g)

である。横軸にM，縦軸にhを取るとプロットは原点を通る直線になる。

 

 

３．ねじれ振り子による剛性率の測定

（１）周期の測定方法の変更

横置き，縦置き，それぞれについて，10周期を3回測定して，その平均値を求

める。これから，周期T₁とT₂を求めれば良い。

 

（２）理科年表の値

鋼：7.8-8.4×10¹⁰ Pa

黄銅：3.73×10¹⁰ Pa

 

 

６．混合法による固体の比熱の測定

理科年表の値

鉄：0.104 cal/g℃

銅：0.091 cal/g℃

アルミニウム：0.210 cal/g℃

 

 

７．真空の実験

（１）以前のピラニ真空計から，新たに，広領域真空計が導入されている。この

真空計では，大気圧付近も測定できる（ただし，精度はあまりない）。また，測

定単位が，Pa（パスカル）になっている。測定結果は，

1 Torr = 133.32 Pa

でTorr（トール）に換算する。

 

（２）実効排気速度の計算

　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4)

の両辺の自然対数（log_eをlnと記す）を取ると，

　　

これを常用対数に直すと，

　　

を得る。この式は，縦軸にlogP，横軸にtを取ると，その直線の傾きが である

ことを示す。すなわち，片対数グラフにプロットしたデーターの初期直線部分の

傾きに相当する。グラフから直線部分の傾きを読みとり，テキストに与えられて

いるV値を用いれば，実効排気速度S (l/s) を求めることが出来る。

傾きを読みとるとき，対数軸上では10² →2，10¹ →1, ・・・，10^-2 →-2 である

ことに注意。直線の傾きの求め方は，０．基本事項を参照のこと。縦軸の値が

2, 1, 0, -1, -2 と言った切れの良い値のときの，横軸の値（時間）を読み取ると良

い。本排気装置の場合，実験的に求められた実効排気速度は，回転ポンプの排気

速度（テキストに記載）にほぼ等しくなるはずである（ただし，単位に注意する

こと）。

 

 

１０．レーザー光の回折と干渉

複スリットの干渉模様

図6　d : s = 2 : 1 のときのパターン

図7　d : s = 4 : 1 のときのパターン

実験で求めたd : sはどの程度になっているか考察しよう。

 

 

１１．結晶によるX線の回折

追加課題：背面X線ラウエ法による単結晶解析

FZ法による単結晶作成過程

 

 

１２．溶液の吸収スペクトル

（１）テキストにミスプリントがある。

p.104 (c) １行目　（アンダーライン部分を追加）

「・・・。本体右側面のダイヤルで，波長を350nmにセットする。本体前面の

試料切り替えノブを・・・」

 

（２）透過率の計算

　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (3)

を指数表示すると，

　　

これを(1)式に代入すると，

　　 (%)

を得る。

 

（３）吸収係数μ(cm^-1)の求め方

　ln(I_T/I₀) - d 図は原点を通る直線となる（ln はlog_eの意味）。式(5)より，この直

線の傾きが-μになる。直線の傾きの求め方は，０．基本事項を参照のこと。

 

 

１３．ホイートストンブリッジ

原理の証明には，キルヒホッフの法則を利用する。

１５．交流回路

（１）デジタルオシロスコープ使用法

 

（２）インピーダンスの理論値（周波数依存性）

　LR回路：Z_L = Lω

　CR回路：Z_C = 1/Cω

ここで，角周波数ω = 2πf

注：計算のとき，桁表示に注意すること。０．基本事項を参照。

 

（３）位相差（CH1の波形に対してCH2の波形が横方向にずれている角度）

LR回路： 　だけ進む

CR回路： 　だけ遅れる

50 kHzでスケッチしたCH1，CH2の波形から位相差を求め，理論値と比較して

みよう。１周期は360°(= 2π)であることから，２つの波形の横方向のずれが何

度であるか計算できる。

 

（４）LCR回路

共振周波数： 　 (Hz)

実測値と理論値を比較してみよう。

 

位相差： 　だけ進んだり，遅れたりする。

　　　　共振周波数では位相差はなくなる。

 

1 kHz, f₀, 100 kHzでスケッチしたCH1，CH2の波形から位相差を求め，理論値

と比較してみよう。

 

Q値：

共振曲線（I₀ – logf 図）からω₁，ω₂を読み取り， から求まるQ値

と理論値を比較してみよう。

 

（５）インピーダンスアナライザーを用いて測定した結果も比較してみよう（イ

ンピーダンスの値，位相差，共振周波数など）。

低周波発信器＆オシロスコープの測定と比べて，どちらが理論値に近いだろうか。

また，測定データーは，エクセルファイルとして以下からダウンロードできる。

Z_cデーター

Z_Lデーター

エクセルのグラフ機能などを用いて，グラフにしてみよう。

 

 

１６．半導体

電圧計としては，デジタルマルチメーター（MD-700）を用いる。DCVスイッチ

を押し込み，10Vまでの測定では20Vスイッチを，1Vまでの測定では，2V

スイッチを押し込む。

電流計としては，デジタルマルチメーター（Agilent 34405A）を用いる。電源ス

イッチを入れて，立ち上がり中に右側表示に一瞬”AUTO”の表示が出れば，オー

トレンジになっている。DCIのスイッチを押して直流電流測定モードにする。

左側表示に”ManRng”と表示が出ている場合は，shift, Autoとスイッチを押して

オートレンジにすると良い。

 

 

１７．発振

デジタルオシロスコープ使用法

 

 

１８．熱起電力の測定

追加課題：データーロガーを用いた測定

 

データーロガーに保存されたデーターを，エクセルのグラフ機能などを用いて，

縦軸に熱起電力，横軸に温度を取ったグラフにすること。測定データーを持ち帰

るのに，USBメモリーなどの記録媒体を持参する事が好ましい。

CH1 : 温度（℃）

CH2 : K熱電対の起電力（mV）

CH3 : J熱電対の起電力（mV）

 

.CSV形式は，カンマ区切りテキストファイルであり，ダブルクリックではファ

イルが開かない事がある。その時は，アプリケーションをエクセルなどに指定し

て開くか，エクセルのファイルメニューからファイル名を指定して開くかすると

良い。自分達のデーターが上手く利用できない場合は，以下のエクセルファイル

を利用しても良い。

サンプルデーター

 

 

１９．金属の電気抵抗の温度変化

指導書の操作方法は余計な記述が多く，かえって混乱を招く。簡易版マニュアル

を利用すると良い。

 

２０．半導体の電気伝導度とホール係数

（１）測定について

電圧計としては，デジタルマルチメーター（Agilent 34405A）を用いる。電源ス

イッチを入れて，立ち上がり中に右側表示に一瞬”AUTO”の表示が出れば，オー

トレンジになっている。これが現れずに，左側表示に”ManRng”と表示が出てい

る場合は，shift, Autoとスイッチを押してオートレンジにすると良い。DCVで測

定を行う。

 

磁場の測定で，ガウスメーターが必要になったら教員に申し出る事。

 

（２）ホール係数の求め方

⁰B –V_H 図は直線関係にはあるが，半導体試料の幾何学的形状により横方向に漏

れ電圧が生じるため，その直線は原点を通らない。直線の傾きからホール係数を

求めることになる。

　　 　(V/T)　　　　　　　　　　　　　　　　　　(14)’

　　

直線の傾きの求め方は，０．基本事項を参照のこと。この計算で用いる電流値

は，ホール電圧の測定で用いた値である（比抵抗の測定で用いた値とは全く無関

係）。計算には，mV, mAと言った単位が含まれているので，桁の扱いに注意し

よう。

n型とp型でホール係数R_Hの符号が逆向きである理由を考えよう。

 

（３）電荷の移動度

　比抵抗ρには，実験Iの測定結果の平均値を用いる。

 

（４）電荷の平均自由行程

　電子の質量と電荷を計算に用いる。

　m = 9.11×10^-31 kg

　e = 1.602×10^-19 C

 

 

２６．パソコンを用いた温度計測

新課題：LabViewによるプログラミングと計測

 

測定データーを持ち帰るのに，USBメモリーなどの記録媒体を持参する事が好

ましい。

 

 

（付録）旧テキスト（黄緑表紙）正誤表

 

ページ	箇所	誤	正
21	5. (3)	机上に該当部分のコピーが置いてある	各自図書館等で調べる
28	周期の測定表	0分43秒	1分43秒
43	図4	Q, W	Q (cal), W (J)
55	式(4)
88	上から2行目	1.5〜2.0 m	1.2〜2.0 m
94	表1の表題	削滅則	消滅則
103	上から9行目	レバーをW側にし，・・・点灯 する。	レバーがW側(波長が・・・)であることを確認する。
104	表1	透過率T	透過率T(%)
104	本文(c)	本体右側面の・・・	本体上部左のスイッチを入れてWランプを点灯する。本体右側面の・・・
104	下から1行目	測定が終了したら，	測定が終了したらWランプを 消し，
105	上から2行目	(2)	(3)
105	上から3行目	実験(1)	実験(2)
105	上から4行目	1cmセル2個セルを	1cmセル2個を
105	上から6行目	及び10cm	（削除する）
105	表3	0	0（= 水 1cm）
105	表3	10 cm の行	（削除する）
111	下から5行目	∞	∞の目盛り
143	図4	V1メーター	（配線しない）
144	下から5行目	図5の様に	図7の様に
176	図5(a)	図の左部の[電圧降下Vx]と [矢印類]	（削除する）
177	表2表題	n型半導体試料についての	比抵抗の
181	(14)'式