実験案内

A. ローレンツ力と金属線の共鳴振動　(部屋:C312)

ローレンツ力を見る

電流 I が流れる長さ L の導体に磁場 B が加わるとローレンツ力 F ＝ I B L が働く。フレミングの左手の法則として知られ、実用的な電力－動力変換においても欠かせない重要な力である。本実験では、磁場 B の上に置いた長さ L の金属線に電流 I を流した時の金属線の動きを観察する。

• １週目：金属線に直流を流し、たわみ量を測定することでローレンツ力を定量的に検証
• ２週目：金属線に交流電流を流し、金属線の共鳴振動を測定誤差も含めて定量的に検証

なお、使用するネオジム永久磁石は非常に強力である。大きな鉄製品を近づけると予想外に動いて危険である。また、クレジットカードなどのカード類もむやみに近づけないこと。設置場所からの磁石の移動は禁止とする。

ローレンツ力による弦のたわみと金属線の共鳴振動の観察

B. 電気抵抗の温度変化(金属、半導体、超伝導体)(部屋:C311)

物質内の電子の流れを見る

物質は電気抵抗の大きさによって、導体、半導体、絶縁体に分類される。本実験では、これらの物質が抵抗値だけではなく、温度変化に対する振る舞いも大きく異なることを、測定を通して学ぶ。さらに、液体窒素（-196 ℃）を用いて、極低温で電気抵抗がゼロになる超伝導現象も体験する。液体窒素による凍傷や、加熱時の熱湯による十分火傷に注意すること。

物質の電気抵抗率ρの温度変化

C. 水素原子のスペクトル（部屋:C310）

原子の構造を見る

この実験では、水素原子が発する光の波長を測定し、波長に関する不思議な規則性（バルマーの公式）を定量的に確認する。この規則性の発見は、量子力学という現代科学の重要な基礎を築いた歴史的な契機の一つである。

実験に用いるスペクトルランプは高温になるため、やけどの恐れがある。スペクトルランプには触れないこと、近づきすぎないこと。

水素原子のエネルギー準位とスペクトル系列

D. Ｘ線 （部屋:C303）

X線で見る

X線は、発見当初は正体不明の光線として“X線”と名づけられたが、現在では可視光と同じ電磁波の一種であることがわかっている。本実験ではX線の特徴の一つである、物質透過性を定量的に調べる。また、そのX線透過写真を撮影・現像することでX線の物質透過について定性的な理解も深める。

なお、X線は管理・利用方法が法的に定められた放射線でもある。実験室内では、指示された手順と安全規則を必ず守ること。重篤な放射線火傷の危険があるため、手指へのX線照射は絶対に行わないこと。

　

世界初のレントゲン写真（左）と本実験で撮影するレントゲン写真（右）

E. 基礎電気測定 （部屋:C307）

回路を流れる電子の動きを見る

測りたい量を電気信号に変換して計測し、最終的にデジタル数値で記録するといったことは、現在、あらゆる分野で行われている。本テーマではその基礎となる計測技術をDMM（デジタルマルチメータ：電気に関する量をデジタル表示する機器）とオシロスコープ（電気信号の時間変化を画面表示する機器）を使って学ぶ。

DMMとオシロスコープは、工学・物理・化学・生物・医療など多くの分野で頻繁に使用される基本的な計測機器であり、その使い方を身につけることが本実験の重要な目的である。

オシロスコープによるリサージュ図形の観察