物理実験学

Methodology of Physics Experiments

9962212

62PHZZZ201

石塚　正基

Masaki Ishitsuka

2026年度前期

2026年度

①First semester

水曜3限

Wednesday, 3rd period

創域理工学部　先端物理学科

Department of Physics and Astronomy, Faculty of Science and Technology

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

物理実験学とは、物理実験の装置の使い方等のノウハウを学ぶ授業ではなく、実験を計画することやデータを正しく処理することを学ぶ授業である。物理学は実証科学であり、理論と実験があいまって発展してきた。この講義では、理論的な側面に偏りがちな他の講義を補足する意味で、実験的側面を強調する。
授業は前半と後半に分かれており、前半ではデータ処理と不確かさの扱い等について講義する。後半では過去の実験の実例をあげ、その測定原理を解説する。

実験データには誤差が必ずついていることを理解し、統計処理手法を習得する。系統不確かさについても、その原因と不確かさの見積もりの実例を学ぶことにより、その扱い方を身につける。
後半の講義では、いくつかの実験例を学び、自然科学において実験が果たしてきた役割を理解する。これらの知識を総合することで、未知の現象を解明するための実験を自ら計画し、データからその背景にある物理法則を導くための指針を得る。
本学科のディプロマポリシー全般に関わる科目であるが、特に「データと情報を集めてその信頼性を判断し、整理・分析して問題解決に貢献する」を実践する力を習得する。

統計手法を用いて、実験で得られたデータから測定結果を定量的に評価できるようになる。
実験の例を学ぶことにより、人類が築き上げたきた自然科学の考え方を概観し、実験を遂行する上で必要な考え方や知識を身につける。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

特になし

小テストの実施　Quiz type test

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授業時間に理解できなかった場合には、ノートと関連図書で復習し、十分に理解すること。

学期末に行う到達度評価を80%、学期中に提出するレポートを20%として評価する。

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

N

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

「統計学講義」、稲垣宣生, 吉田光雄, 山根芳和, 地道正行 著、裳華房、2007年発行、978-4785315450
「世界でもっとも美しい１０の科学実験」Robert P. Crease 著、青木薫 訳、日経BP、2006年発行、978-4822282875
「単位がわかると物理がわかる」、和田純夫 著、ベレ出版、2002年発行、978-4860640132
（授業で説明するので、特に購入する必要はありません。）

全ての授業を対面で受講することを求める。

第１回　実験の重要性・単位と次元解析を学ぶ
誤差の起源を理解し、データ処理の基本姿勢を学ぶ。基礎物理定数と単位、および、次元解析について解説する。

第2回　記述統計学と推測統計学の基礎を習得する
第3回　記述統計学と推測統計学のより高度な内容を学ぶ
統計の基礎を学び、測定データから推定値と不確かさを導く手法を習得する。

第4回　確率分布の基礎を習得する
第5回　確率分布のより高度な内容を学ぶ
測定データはある確率分布に従う。二項分布、ポアソン分布、正規分布などについて学ぶ。

第6回　不偏分散と標準偏差の算出方法を学ぶ
測定データには統計的な不確かさが存在する。不確かさの適切な算出方法を学ぶ。

第7回　推定と検定を学ぶ
実験では測定データから物理量を推定し、仮説に対して検定を行う。測定データから推定値と信頼区間を算出する手法を習得する。

第8回　不確かさの伝播について学ぶ
二つの測定量が不確かさを持つとき、その組み合わせで得られる値に対する不確かさの評価には注意が必要である。ここでは不確かさの伝播について学ぶ。

第9回　不確かさの評価と検証について学ぶ
ここまでの授業ではデータが「統計的なばらつき」のみを持つ場合を議論したが、実際の測定では系統的な不確かさの存在は無視できない。不確かさの要因と評価について、実例を交えながら解説する。

第10回から第12回では実験例をもとに、物理法則がどのように求められたのか、実験装置にどのような工夫がなされたのかを学び、実験の本質を理解する。
第10回　原子の構造を解明したラザフォードの実験について学ぶ
第11回　光の干渉と電子の干渉を検証した実験について学ぶ
第12回　弾性体の力学とキャベンディッシュの実験について学ぶ

第13回以降の授業では実験で使われる回路とその動作原理について学ぶ。
第13回　直流回路とその応用例を学ぶ
第14回　交流回路とその応用例を学ぶ

第15回　授業全体に関する到達度評価により学習目標の達成度を評価する。理解が足りない箇所を把握し、復習する。

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