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授業科目名 環境科学基礎実験I
時間割番号 LEV224
担当教員名 竹内  智/島  弘幸/鈴木 保任/片岡 良太
開講学期・曜日・時限 前期・月・III-IV 単位数 2
<対象学生>
生命環境学部: EV の学生
<授業の目的および概要>
物理および化学分野の基礎的な実験を行う。(全15回)
(ガイダンス:全員/1回)授業概要および各分野の受講方法、注意事項等の説明を行う。
(物理分野:竹内 智・島 弘幸/7回)有効数字やグラフの描き方等について学び、地球環境を物理学的な視点からも捉えることができるように、基礎的な実験を通して物理学的な思考能力を養う。(化学分野:鈴木保任・片岡良太/7回)以下のような項目の実験を通して、「化学概論」や「基礎化学」で学んだ内容の理解を深め、また化学に関する基本的な実験技術を習得する。・金属イオンの反応と検出・容量分析-標準液の調製と酸塩基滴定-・容量分析法による溶解度・溶解度積の測定・吸光光度法による銅(II)イオンの定量・アセトアニリドの合成と精製・有機化合物の融点と混融試験
<到達目標>
物理と化学の実験を通して、自然科学における実験・観察の方法を理解し、技能を修得する。
<授業の方法>
実験・実習
<成績評価の方法>
No評価項目割合評価の観点
1小テスト/レポート 50  %実験の内容の理解度、データの信頼性、考察の科学性を評価する 
2受講態度 50  %全回出席し、全レポートが受理されることが単位取得の必須条件である。 
<受講に際して・学生へのメッセージ>
いずれの分野も特に専門的な知識は要求しないが基礎物理学I、化学概論、基礎化学を履修していることが望ましい。また、実験科目であるため以下のようなものは各自準備すること。関数電卓、白衣、ノート、ケント紙(A5)、定規(〜30cm)、筆記用具など。詳しくは第1回目のガイダンスで説明する。
<テキスト>
(未登録)
<参考書>
(未登録)
<授業計画の概要>
第1回:(全体)ガイダンス
実験での実施内容や予定、グループなどの説明を行うとともに実験における安全教育を行う。

第2回:(物理分野)導入教育(1)
実験における誤差や有効数字の扱い方、レポートの書き方などについて学ぶ。直線グラフによるデータの表示と関係式の導入について学習する。

第3回:(物理分野)導入教育(2)
方対数グラフや両対数グラフを用いたデータの表示と関係式の導出について学習する。

第4回:(物理分野)導入教育(3)
グラフの描き方についての総合的な演習問題を実施し、これまでの理解度を確認する。

第5回:(物理分野)物理(1) エネルギー変換
水と空気の温度差を利用した熱機関である「水飲み鳥」について、その動作原理を理解した後、温度差と振動周期の相関を測る。 

第6回:(物理分野)物理(2) ソーラーエンジン
光を受けると動力を生み出す「ラジオメータ」の観察を通して、光の基本的性質(波長・周波数・強度)と気体分子論の基礎を学ぶ。 

第7回:(物理分野)物理(3) 孤立波の伝搬
一列に並べたドミノ牌が倒れるスピードを測定し、牌の高さ・厚さ・間隔との相関を調べる。併せて、データの解析に必要な「次元解析」の概念を学ぶ。

第8回:(物理分野)物理(4) 形態の数理
複雑な形のしゃぼん膜を観察し、形態の法則性を探る。加えて、ねじれゴムに生じるコブの数と引っ張り応力の関係を調べ、DNA分子力学との関連を学ぶ。

第9回:(化学分野)化学(1) 定性分析−系統分離による金属イオンの反応と検出−
様々な金属イオンを含む試料溶液から様々な試薬を用いて各金属を順次分離していき、溶液中に含まれている金属を識別する。

第10回:(化学分野)化学(2) 容量分析−酸塩基滴定に使用する標準溶液の調製−
中和反応を利用して酸あるいはアルカリの濃度を精密に測定する酸塩基滴定に用いる溶液を調製する。本実験から正確な濃度の溶液を調製する方法を学ぶ。

第11回:(化学分野)化学(3) 容量分析−酸塩基滴定 (中和滴定)−
第10回で調製した溶液を用いて、酸塩基滴定により未知の塩酸の濃度を測定する。

第12回:(化学分野)化学(4) 容量分析−溶解度及び溶解度積の測定−
酸化還元滴定という手法を用いて難溶性の塩が水にどれくらい溶けるか (溶解度及び溶解度積) を調べる。

第13回:(化学分野)化学(5) 機器分析−吸光光度法による金属イオンの定量−
目的の物質を発色試薬と反応させることで発色させ、その色の濃さ (吸光度) から物質の濃度を測定する吸光光度法について学ぶ。また、分光光度計(吸光度を測定する装置)の使用方法も学ぶ。

第14回:(化学分野)有機化学−アセトアニリドの合成と精製−
有機合成の入門実験としてアセトアニリドを合成し、合成及び物質の精製に必要な技術を学ぶ。

第15回:(化学分野)有機化学−有機化合物の融点と混融試験−
物質の特性の一つである融点を測定すると、物質の特定 (定性分析) や純度の目安となる。第14回で合成したアセトアニリドを他の物質と混ぜて融点測定することにより(混融試験)、アセトアニリドが合成されているか確認する。