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ブラウン管オシロスコープ

一般小学生

まとめ

ブラウン管オシロスコープ
音などの目に見えない電気信号の変化を、時間の経過に沿った波形のグラフとしてブラウン管の画面上に表示する装置

解説

ブラウン管オシロスコープは、真空管の一種であるブラウン管(CRT)を用いて電気信号を視覚化する計測器です。装置内部の電子銃から放出された電子ビームを、垂直水平の二組の偏向板で制御します。垂直方向には測定信号の電圧を、水平方向には時間経過を示す「のこぎり波」電圧を加えることで、画面上に波形を描き出します。

音の性質を調べる際、この装置で得られた波形から1秒間あたりの振動数を計算することが可能です。例えば、画面上の横軸が時間を示している場合、1つの波が何秒で完結しているか(周期)を読み取ることで、周波数を導き出せます。また、試験管を用いた実験では、叩いた時と吹いた時で音の高さの決まり方が異なるため、波形の変化に注意が必要です。

実験方法 振動の主体 水が多い場合
試験管を叩く 試験管と水 音は低くなる
試験管を吹く 内部の空気 音は高くなる
コラム

音の伝わり方に関する計算問題では、音が反射して戻ってくるまでの時間から、音速(約340m/s)を用いて対象物までの距離を求める問題が頻出します。また、モノコードを用いた実験では、弦の長さ、太さ、張る強さと音の高さの関係を数値データから読み取る力が求められます。ブラウン管オシロスコープは、これらの音の物理的性質を視覚的に理解するための強力なツールとなります。

小学生のみなさんへ

音は目に見えませんが、空気のふるえ(振動しんどう)として伝わっています。ブラウン管オシロスコープは、その目に見えない音を、テレビのような画面に「波の形」として映し出す装置そうちです。

画面に映った波を見ると、音が大きいときは波の上下のはばが大きくなり、音が高いときは波の数が多く(ぎゅっとつまった形に)なります。理科の実験では、試験管をたたいたり、モノコードという弦をはじいたりして、音の正体を調べるときに使います。

ルラスタコラム

雷が光ってから音が聞こえるまで時間がかかるのは、光よりも音の進むスピードが遅いからです。音は1秒間に約340メートル進みます。オシロスコープを使えば、そんな一瞬の音の変化も正確にグラフにできるんですよ。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 ブラウン管オシロスコープの画面において、音の「大きさ」と「高さ」はそれぞれ波のどのような特徴として表示されますか。
音の大きさは波の振幅(上下の幅)として、音の高さは波の振動数(波の数)として表示されます。
【応用】 オシロスコープの画面で、横軸1目盛りが2ミリ秒(0.002秒)に設定されているとき、波の1周期が5目盛り分であった場合、この音の振動数は何Hzですか。
1周期の時間は0.002秒×5目盛り=0.01秒です。振動数は「1÷周期」で求められるため、1÷0.01=100Hzとなります。
【実践】 水を入れた試験管を「叩いたとき」と「吹いたとき」では、水の量が多いほど音が高くなるのはどちらですか。その理由も説明しなさい。
「吹いたとき」です。吹く場合は試験管内の空気の柱が振動するため、水が多いほど空気が短くなり、振動しやすくなって音が高くなります。叩く場合は水と試験管全体が振動するため、水が多いほど重くなり、振動しにくくなって音は低くなります。

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