学部四年生による科学館での 科学実験教室の開催

Presentation on theme: "学部四年生による科学館での 科学実験教室の開催"— Presentation transcript:

1 学部四年生による科学館での 科学実験教室の開催
　日本物理学会 学部四年生による科学館での 科学実験教室の開催 東工大 理学部 物理学科四年：稼農 広樹、中野 健一 物理学科 ：柴田 利明

2 目次 １．これまでの経緯と目的 ２．科学実験教室 ３．準備 ４．実施と結果 ５．まとめと展望

3 １．これまでの経緯と目的 多摩六都科学館で開催した科学実験教室 第1回 2002.2 「マイナス200℃の世界」
東工大柴田研究室と多摩六都科学館の共催 第1回 「マイナス200℃の世界」 渡辺、田窪 東工大卒業論文 2002年3月の物理学会で報告 「大学の物理教育」誌で報告（2002-2号 p45～48） 第2回 「光の正体をさぐれ」 渡辺、田窪、稼農、中野 第3回 「電気と磁石の不思議な関係」 稼農、中野、長谷川 第4回 「宇宙線を観測しよう」

4 ・物理を専門としない一般の人（子供および大人）に物理の知識を伝える ・物理の魅力についても知ってもらう
目的 ・物理を専門としない一般の人（子供および大人）に物理の知識を伝える ・物理の魅力についても知ってもらう 学部四年生が主体となって 科学実験教室を企画して実施

5 ２．科学実験教室 概要 ・参加者と対話をしながら実験を行う ・多摩六都科学館の理科実験室で開催 時間：2時間 対象：小・中学生
人数：２４人（＋保護者）

6 多摩六都科学館 ・東京都西東京市にある ・小平市、東村山市、清瀬市、東久留米市、 西東京市の５市が共同で運営
　西東京市の５市が共同で運営 ・計100点のさまざまな分野の常設展示、 　各種体験教室の開催 ・年間利用者数は約10万人

7 内容 演示型実験 　　　説明 参加型実験 　　　説明 (繰り返す) 図：説明の様子 （A2のパネルを 使って説明）

8 配布するもの パンフレット 保護者向けにより詳しい 物理の説明（15ページ程度） アンケート 参加者の理解と満足の 度合いを調べる（5段階）

9 これまでに扱った物理の分野 低温 ：物質の相転移、低温での物性、熱伝導 光 ：幾何光学（光の屈折・反射、分光）
低温　：物質の相転移、低温での物性、熱伝導 光　：幾何光学（光の屈折・反射、分光） 電磁気　：静磁気（磁石）、電磁誘導 放射線　：放射線・宇宙線の観測　

10 ３．準備 装置、パネルと パンフレットの準備 テーマの決定 リハーサル 実験内容の決定 実施

11 ４．実施と結果 第四回科学実験教室を例として報告 実施日：２００３年２月１６日 タイトル：『宇宙線を観測しよう』
時間：午後１時～３時（２時間） 参加者：小学２年生～中学１年生 ２１人 保護者 １１人 　　　　　 計 ３２人　

12 目的 内容 宇宙線・放射線についての物理の面白さと、 正しい知識を伝える ・導入・・・放電針の実験（10分） ・３つの実験
（１）不思議な箱（20分） （２）宇宙線を観測しよう（30分） （３）不思議な箱をつくろう（60分） ・まとめ

13 ウラン鉱石と普通の石を比較し、ウラン鉱石でのみ放電が起こることを確認する
導入（放電針の実験） 目的 : 放射線の電離作用を確認する 簡易化した放電箱とウラン鉱石を使って、 　 放射線の電離作用を確認する ウラン鉱石と普通の石を比較し、ウラン鉱石でのみ放電が起こることを確認する 図：放電の様子

14 原理 ・二つの針を向かい合わせに固定し 高電圧をかける （電源はこちらで用意） +HV 針の間を放射線が通る 針
針の間隔：　2～5mm 針の間を放射線が通る 針 電離した電子により電子なだれが 起こり、放電する GND

15 ウラン鉱石からでるα線を霧箱を使って観察する
不思議な箱 目的 ： 放射線の飛跡を観察し、目でみることで放射線を確認する ウラン鉱石からでるα線を霧箱を使って観察する 図：使用した霧箱

16 プラスチックシンチレータと光電子増倍管を使って宇宙線を観測 宇宙線の数を数える 鉄を透過することを確認 天頂角分布を簡単に確認
宇宙線を観測しよう 目的 : 宇宙線が放射線の一種であることを理解した上で、宇宙線の性質を確認 プラスチックシンチレータと光電子増倍管を使って宇宙線を観測 宇宙線の数を数える 鉄を透過することを確認 天頂角分布を簡単に確認

17 ・光電子増倍管からの出力をLEDにつなげ、宇宙線を検出するとLEDが光るようにした
・二つの検出器からの信号についてコインシデンスを とり、二つの検出器を同時に宇宙線が通ったときのみLEDが光るようにした

18 こちらで説明しながら、参加者は一人ずつ霧箱を製作する 完成したら、霧箱を使って放射線の観察を行う
不思議な箱をつくろう 目的 : 霧箱の製作 こちらで説明しながら、参加者は一人ずつ霧箱を製作する 完成したら、霧箱を使って放射線の観察を行う

19 アンケートの結果 82％ 71％ 全体の満足度： 子供平均 90% ,大人平均 86% 全体 88% 満足度 理解度 ・とてもよくわかった
おもしろい ふうう おもしろくない 無記入 よくわかる わかる わからない 満足度 理解度 ・とてもよくわかった ・よくわかった ・とてもおもしろい ・おもしろい 82％ 71％ 全体の満足度：　子供平均　90% ,大人平均　86% 全体　 88%

20 ５．まとめと展望 物理を専門としない一般の人にその内容と魅力を伝えることを目的として、学部４年生が主体となって科学実験教室を実施した
現在までに「低温」「光学」「電磁気」「宇宙線・放射線」について計４回科学実験教室を行った

21 来年度も３回科学実験教室を行うことを多摩六都科学館側と合意している
展望 来年度も３回科学実験教室を行うことを多摩六都科学館側と合意している 来年度からは「大学生とのふれあいサイエンス」というシリーズとして行うことになっている 第四回の科学実験教室では参加申込者が多かったことから、次回は定員を３２名に増やす予定

22 使用する線源 演示実験用 ・燐灰ウラン鉱 ・マントル ２種類用意： 各参加者の観察用 　燐灰ウラン鉱 （半減期　　　　　　　年　　　）

23 マントル ランタン(携帯用の灯り)の 発光体に使うもの 微量のトリウムが含まれ、 主にトリウム系列のラドンから出る α線が観察できる
(右図) ランタン(携帯用の灯り)の 発光体に使うもの 微量のトリウムが含まれ、 主にトリウム系列のラドンから出る α線が観察できる 半減期　 54.5秒(Rn), 0.158秒(Po)

24 Th系列

25 ・加工したマントル マントルの一部をちぎって針の先につけ、その針を ゴム足に刺してある。これを霧箱の側面につけて使う

26 (4.182MeV) (6.282MeV) (6.774MeV) 2.7cm 5.0cm 5.6cm 観察される飛程
次の実験式で表される 今回用いた線源についてこの式から飛程を計算すると (4.182MeV) (6.282MeV) (6.774MeV) 2.7cm 5.0cm 5.6cm

27 天頂角分布と面積あたりの計数について ・宇宙線の天頂角分布 約10ｃｍの鉛を透過する高エネルギー成分を硬成分、
透過せずに止まる低エネルギー成分を軟成分と分類 ・面積Scm の検出器での計数 2 S=1として硬成分と軟成分を 加えると、 I=1.3/min 実際の検出器の面積S=152を 代入すると、I=197/min,　秒当り では、I=3.29/sec と計算される

28 検出器１つを使った場合に比べ、立体角が制限されるので 計数は少なくなる
・コインシデンスをとった場合の計数 検出器１つを使った場合に比べ、立体角が制限されるので 計数は少なくなる ・検出器が円形と仮定 ・検出器の半径を　　,検出器の間隔を　　とする 但し、 　　=7cm, =10cmとして計算すると、 硬成分・軟成分あわせて：76/min 硬成分のみ：58/min 実際の値、 40～50/min に近い値に

29 宇宙線の天頂角分布は、天頂角θにより宇宙線が通る大気
の厚さが変わるためと考えられる 宇宙線の通る大気の厚さ： 地球の半径： 大気の厚さ： ：　　は最も短くなり、40km ：　　は最も長くなり、約700km

30 一次宇宙線･･･p, N(～Fe), e, γ 二次宇宙線･･･μ, π, p , n, e 成分のほとんどはμ 宇宙線 ・二次宇宙線の成分
硬成分･･･μ (>0.22GeV), π (>0.4GeV), p (>3GeV), n (>0.3GeV) 軟成分･･･e, μ (<0.22GeV), p(<3GeV) 地上近くで核反応が起こったときにn, p,πが 降ってくる 成分のほとんどはμ