物理実験学(1)[22C2197]

科目名
Course Title
物理実験学(1)[22C2197]
Methods of Experimental Physics (1)
授業言語
Language
Japanese
科目区分・科目種 物理学科 クラス 物理学科
CCBM キャリアデザイン  
単位数 1.0単位 履修年次 24

担当教員 河野 能知
学期 3学期
曜日・時限・教室
月曜 3 4 理学部1号館201室

(1)、(2)が付く科目の履修方法
この科目は、(1)及び(2)を連続して履修してください(シラバスは両方とも確認してください)。
ただし留学により連続して履修できない場合は、担当教員に申し出てください。

受講条件・その他注意
なし

授業の形態
講義,演習,対面授業のみ

教科書・参考文献
「最小二乗法による実験データ解析」中川徹、小柳義夫 東京大学出版
「いかにして実験を行うか」G.L.Squires 重川ら訳 丸善出版

ALH区分
ALHとして実施

評価方法・評価割合
小論文(レポート)=60,その他=30 宿題・演習,授業への参加態度=20

主題と目標
 自然科学の研究における実験的研究は、未知の現象を発見する手段であると同時に、理論的考察に対してその検証を行うという自然の本質の追及に不可欠なアプローチです。2年生の後期から始まる基礎物理実験では、初めて見る実験器具や装置、聞いたことの無い薬品などを扱う実験テーマがあるにちがいありません。どうやって測定するのか、測定した数値をどのように扱ったらよいかなどについての疑問にも行き当たるでしょう。
この授業では、実験データの数値的な取り扱い方法を実践的に学習し、いかに実験を的確に行い解析するかを学び、実験的研究を面白いと感じられるようになることを目標とします。たとえば、一見簡単そうな「長さを測る」といった測定にも細心の注意が必要なことが、測定結果の定量的な解析から実感できるようになります。測定の正確さ・精度とは何か、測定誤差の意味、求めた数値の誤差の推定、最終的に求める物理量に複数の誤差がどのように反映されるか、最小二乗法などについて学びます。また、学科内の実験研究室、工作室を見学し、先端の実験装置にふれることができます。
 講義の後半では、現代の物理実験に欠かせない放射線について解説する。放射線の性質を説明した後、人の目に見え得ない物理現象を調べる手段として、放射線の粒子性や波動性がどのように利用されているか代表的な測定方法を紹介する。

授業計画
実験を遂行する上で必要な基礎的事項(種々の測定法、誤差の取り扱い、データ解析法)を説明する。また、最後に自分で一から実験計画を立てる上で必要とされる考え方を説明する。

第1部 測定と統計学
 物理実験の例、単位系、測定と誤差、確率と統計、誤差の伝播、測定値の解釈、最小二乗法、パラメータの推定

第2部 物質の構造と放射線
 マクロな現象とミクロな仕組み、物質の構造、放射線(粒子性、波動性、分光)

ALHについては、Pythonを使ったデータ解析の演習を行います。予めウェブページに内容を用意しておくので各自見ておいて下さい。質問等がある場合には、ALHに割り当てられた11,12時限の時間に参加して下さい。

時間外学習
授業の理解度を確認するために、簡単な宿題を数回出す予定です。

学生へのメッセージ
物理現象を記述する理論とそれを検証するためにどのような実験を行うかの両方を理解できると、物理が一段と面白くなるはずです。実験的手法を理解することによって、研究結果の信頼性を判断したり改善点を指摘したりできるようになってもらいたいと思います。
授業での質問、発表、議論に積極的に参加してください。