物理実験装置

 

 

●光の三原色 

光の三原色を説明する演示実験装置。赤,緑,青のLEDと,フルカラーLEDを配置してそれぞれのLEDの電流値を可変できるようにしてある。
 フルカラーLEDにはフィルムケースをかぶせて光を拡散させている。
 赤と緑を混ぜると黄色になる。これは光をスペクトルで考えると,2つの光の間の波長の色に感じると説明しても良いように思える。

 

 

●交流の実効値

交流の実効値を理解させるために行った実験装置である。2この豆電球を直流,交流で点灯させる。それぞれの豆電球を光らせている電圧は,オシロスコープで観察する。
 2つの豆電球の明るさが同じになるように交流の振幅を調整してオシロスコープで読み取る。
 直流電圧2.0Vで点灯させた場合,交流の振幅は2.8Vで同じ明るさになることがわかる。
 豆電球の明るさで電力を表現している。

 

●リアクタンス

 コイル,コンデンサーの交流電圧に対する電気抵抗の周波数に対する変化を図のようなパネルで説明した。
 コイルは1mH,コンデンサーは22μF(47μFの電解コンデンサーを+極同士を接続した直列接続して無極性化)を利用して,1.5V,0.3Aの豆電球を直列に接続した。
 周波数を下げるとコイル側の豆電球が光り,周波数を上げるとコンデンサー側の豆電球が光る。

    

 

●直列共振回路

 47Ω,1mH,0.47μFを直列に接続し,7.3kHzの交流を加えると,3つの素子の両端の電圧は等しくなる。共振周波数は7.3kHzである。
 コイルとコンデンサーの両端の電圧を電圧計で測定すると0Vとなる。この理由はコイルとコンデンサーの両端の電圧の位相が180°ずれているからである。
 抵抗とコイルの両端の電圧を測定すると抵抗の電圧の1.4倍になる。これはコイルの電圧が90°ずれているからである。
 大型のアナログメータ(サーボメータ)を黒板に貼り付けて行った。

 

 

●弦の振動

 弦の振動を黒板に磁石で貼り付けて行った。発振器の周波数がデジタルで読み取れるので大変精度良く行えた。重りの質量を2倍にすると振動数が1.4倍にちゃんとなる。
 授業では振動数を一定にしておき,スピーカーを少しずつ滑車に近づけて,弦を短くしていって共振がおこる様子も見せた。

 

 

●気柱の共鳴

 気柱の共鳴は,弦と違って直接目で見ることはできない,そこで気柱の中に7本のマイクロフォンを仕込み,パソコンでリアルタイムに音の大きさを測定して,周波数を変えていくとどのような音圧が得られるかを測定して共鳴の様子を視覚化した。モニターに表示された波形は閉管の3倍振動の時のものである。
 もう一つの方法は直径60mmのアクリルパイプの中に発泡スチロールの小球を入れて共鳴の様子を観察する方法である。下の模様は閉管の基本振動の様子を示している。
 当初この風紋?が見られなくて悩んだが,スピーカーを隙間無くつなぎ,音が漏れないようにすることで解決した。利用したスピーカーは秋月電子で購入したものである。