楽しい物理実験室(物理教育委員会)

2022年度 自然の不思議―物理教室

2022年度物理教室
開催案内はこちら

(各講座の概要や、
お申込方法を掲載しております)

「自然の不思議-物理教室」は、様々な実験を通して楽しみながら物理現象を学ぶことができる、小学生高学年・中学生向けの体験型実験教室です。
毎回、専門の講師を招き、物理現象や実験を丁寧に解説いただきます。
国立科学博物館(東京・上野)の実験室にて、年に複数回開催しています。








2022年度の開催日程・講座名は次のとおりです。

第1回 7月2日(土) 「反磁性を利用して永久磁石を宙に浮かせよう!」
第2回 7月24日(日) 「重心のふしぎ」
第3回 8月7日(日) 「光で音楽を送ろう」
第4回 8月21日(日) 「偏光アートをつくろう」
第5回 8月27日(土) 「電気と磁気の力を塩水の流れで見よう」

ご参加ご希望の方は、国立科学博物館のWEBページ内イベントカレンダーをご覧ください。
※イベントカレンダー上で、物理教室が開催される日程をクリックされますと、物理教室の詳細情報・お申込方法がご覧いただけます。
お問合せ先:国立科学博物館 学習企画・調整課 TEL:03-5814-9888


教室の様子


第2回 7月24日(日)「重心のふしぎ」

成見知恵 先生(駒場東邦中学校・高等学校)

 第2回は、成見先生による「重心」に関する教室でした。地球上で物体にはたらく重力、重心とは何か、そして、重心の簡単な求め方などの実演を交えたお話しから始まりました。つづいて、同じサイズの木の板を2つ組み合わせたものの重心を予想しました。さらに、そのままだと倒れてしまう状態にして、下に台座となる小さな木片を付けます。木片の位置を細かく調整することで、一番小さな(短い)状態を確認して、予想した重心の位置との関係を考えました。さらにワインボトルホルダーと同じ原理の鉛筆ホルダーを作りました。バランスをとるのに苦労した生徒が多かったようです。
 そしてメインの実験である「のりだすいた(乗り出す板)」。大きさの揃った木の板を重ねていきますが、下の板に対して上の板を長手方向にずらし、出来るだけ全体が長くなるように重ねていきます。まず最初は板を2枚使って実験しました。当たり前かもしれませんが、上の板の重心が、下の板の端に重なる付近が答えになります。さらに板を重ねていくのですが、重ねる順番を敢えて説明しないで実験させると、ほとんどの生徒(多分全員?)が3枚目を2枚目の上にのせようとして落としてしまいます。さらに上にのせてしまうと、先ほどの2枚目の板と合わせた重心の位置が、一番下の板の端から外側に離れた方にずれてしまうことに気付いてくれた生徒もいました。最後は一番全長が長くなった状態で、セロハンテープで仮固定し、そこに絵をかいて作品に仕上げました。
 今回の教室では上の板が落ちないぎりぎりの状態を追いかけました。落ちる瞬間やそれ以降の現象を考えるには高校や大学以降の勉強が必要になりますが、身近な現象の中にも物理の話題がたくさん含まれていることを体感した教室でした。

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第1回 7月2日(土)「反磁性を利用して永久磁石を宙に浮かせよう!」

車田浩道 先生(慶応義塾高等学校)

 コロナ禍で2年間開催を見送っていた物理教室を、参加人数を12名、実施時間を40分間と縮小し、感染対策をしたうえで再開しました。
 第1回は、この物理教室では何度か講師をお願いしている車田先生による磁気浮上の実験でした。「磁気浮上」は完全反磁性を示す超伝導体の上に永久磁石をのせてみることで観測可能で、インターネット上の動画サイトなどでも見ることができます。参加した小学生からも「超伝導」という言葉が出てくるほど一般的ですが、実際に体験した人は少ないのではないでしょうか。今回の実験は、完全反磁性よりははるかに小さい反磁性磁化率(しかし超伝導体ではない物質としては非常に大きな反磁性磁化率)をもつBi(ビスマス)を使って、Biの上に永久磁石を浮かせようという実験です。
 最初の実験は、板状のBiを2枚、間にストローで隙間を設けた状態にしたものを水平に設置します。その上部にフェライト磁石を参加生徒による自作ラボジャッキで、磁場が鉛直方向になるように配置します。Biプレート間の隙間に小さなネオジム磁石を挿入すると、重力による鉛直下向きの力と、フェライト磁石による上向きの力(そのように磁石を挿入します)に加えて、Biの反磁性による反発力がわずかにはたらきます。フェライト磁石を近づけた状態(ネオジム磁石は上側のBiプレートに貼りつく)からゆっくりとフェライト磁石を離していくと、徐々に上向きの力が弱くなり重力と釣り合う場所が現れます。Biが無くてもこのつり合いの位置を計算することは可能ですが、実際にそこでネオジム磁石を静止させることは困難です。ネオジム磁石を2枚のBiプレートで挟むことによって、反磁性による反発力を利用して、空中でネオジム磁石を静止させます。丁寧にフェライト磁石の位置を調整することで、参加生徒全員がネオジム磁石を宙に浮かせることに成功しました。
 次の実験はフェライト磁石による磁場を水平方向に配置したもので、左右に配置したフェライト磁石の隙間に、平行平板状のBiプレートを配置し、その間隙にネオジム磁石をおきます。左右のフェライト磁石を近づけていき、ネオジム磁石が宙に浮くように調整しました。この実験は、重力の方向とフェライト磁石の磁場の方向が直交しており、さらに地磁気の影響もあるため、難易度の高い実験となりましたが、何名かの参加者は見事に成功しました。今回の実験は、自宅で持ち帰ったキットを使って容易に再現実験が可能な内容なので、上手くいかなかった生徒も自宅で再チャレンジしてくれると思います。
 デジタルネイティブ世代の子供の多くは、アナログ的な調整の経験が少ないのですが、参加した生徒の皆さんは、丁寧に根気よく磁石の位置を調整していました。永久磁石のN極にもS極にもくっつく鉄があるように、N極からもS極からも反発する反磁性体があることを体験し、磁性体の新しい魅力を感じていただけたのではないかと思います。

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