平成21年度 未来の科学者養成講座

バネ振子で重力加速度を求めよう

今回は物理実験です。PDL（パーソナルデスクラボ）を使って，個人実験で行いました。
PDLは，机の上にA4用紙1枚程度のスペースがあれば実験できます。
装置を写真のように組み立てて，バネ振子の実験を行いました。

実験は２つでした。

まず，１つ目の実験では，バネにおもりをつるし，伸びた長さＬを測定します。
おもりは２個あり，それぞれをＭ₁，Ｍ₂とし，２個同時につるしたときも含めて３通りのバネの伸びを測定し，質量Ｍと伸びた長さＬの関係をグラフに描いてみます。
フックの法則では，比例関係にあることになっていますが，実験結果はどうなったでしょうか？

次に，２つ目の実験では，バネにおもりをつるしたまま上下に振動させて，その振動周期Ｔを測定します。
Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₁＋Ｍ₂の３通りで周期を測定します。誤差を少なくするために，20回振動する時間を4回測定してその平均を求めます。
こんどは，ＭとＴ²の関係をグラフに描きます。
どんな関係になるでしょうか。

これら２つの実験から，重力加速度ｇを求めていきます。
この付近でのｇの値の標準値9.798m/s²と比べて，どんな結果になるでしょうか？

実際には，このグラフを描く過程でいろいろと考えなければならないことが含まれています。
単純な実験のようですが，いろいろと考えることがある実験でした。

　　　　　

色の変化で酸化還元をみる

今回の実験では，酸化還元の様子を色の変化でみる実験を行いました。

この実験の中心的な役割を担うのは，青色顔料として知られているプルシアンブルーというものです。
プルシアンブルーは，混合原子価錯体とよばれ，一つの化合物中に，２価の鉄イオンと３価の鉄イオンの両方が含まれているそうです。
このイオンの価数の組み合わせに違いで色が大きく変化するので，試薬や電池などを使ってイオンの価数を変化させ，酸化状態と還元状態の変化を色として確認する実験を行いました。

最後に，プルシアンブルーを伝導性のあるガラス電極上に析出させて，それで塩化カリウム溶液のついたろ紙をはさんで簡単な電池のようなものを作成しました。電池をつないで充電するとプルシアンブルーの色が薄くなり，充電した電荷を使っていくと，もとのプルシアンブルーの色に戻ります。

　　　　　　　 

遺伝子診断

今回は，口腔粘膜から，DNAを抽出して調べる実験を行いました。

遺伝子の中を細かく見ていくと，人によって遺伝子を作っている核酸（DNA）の並びが違っている所があるそうです。
遺伝子の中にある１ヶ所の核酸の塩基の種類が人によっていろいろ異なっているこのことを「１塩基多型」と言うそうです。
これらが人の個人差を生じさせている一つの原因となっているそうです。

そんなわけで，これらを確かめる実験として，お酒に含まれるアルコール分解を行う酵素の１塩基多型について調べました。（この酵素はアルデヒド脱水素酵素という名前です）

実験は，以下の流れで行いました。
　実験１　口腔粘膜からのDNA抽出
　実験２　PCR法による遺伝子の増幅
　実験３　電気泳動によるDNAの確認

日本人は世界の中ではお酒に弱い民族のようです。
この主要な原因として，アルデヒド脱水素酵素の１塩基多型があるそうです。
日本人の約半分が，この酵素の遺伝子の塩基が１ヶ所グアニンからアデニンに置き換わっていて，このためアルデヒドを分解する活性をほとんど持たない酵素になってしまっているからだそうです。

このような遺伝子の細かな違いを世界的に調べてみると，人類がどのように世界に広がっていったかがわかったりするそうです。
なかなか奥の深い実験でした。
　　　　　

消化酵素の働き－デンプンの酵素分解－

まず，「でんぷんの糊化（こか）と液化」の実験を行いました。でんぷんが酵素によって分解される様子を確認する実験です。

最初に，片栗粉を水で溶いてでんぷん溶液を作り，その溶液の加熱前後の粘度の変化を観察します。
その後，でんぷん溶液が少しさめたら，タカヂア錠という薬の粉末（タカジアスターゼという酵素が含まれている）を入れて，でんぷん溶液の粘度の変化を観察します。
最後に，それぞれのでんぷん溶液にヨウ素ヨウ化カリウム溶液を１滴たらして，ヨウ素でんぷん反応を確認しました。

次の実験は，「でんぷんの酵素分解」です。
でんぷんの酵素分解をヨウ素呈色法という方法で，反応時間の経過によるでんぷん分解の程度を調べる実験を行いました。
実験には，マイクロピペットなどの学校にはあまりないような機器を使い，反応による色の違いを，コンピュータを使って比色計センサーで「吸光度」として測定し，反応時間の経過によるでんぷん分解の程度を調べました。

　　　　　

ボルダの振子で重力加速度を求めよう

今回の実験は，PDL（パーソナル・デスク・ラボ）によって，どこまで正確に重力加速度が求められるか，という実験です。

PDLとは，従来の大型の装置で行っていた実験を，コンパクトに（A4用紙1枚程度の面積で）生徒の机上で実験できる装置のことです。
これにより，生徒一人一人が実験を行うことが可能になります。

【参考URL】PDL（パーソナルデスクラボ）とは？

振り子のおもりを引っ張っているのは地球の重力です。
振り子の長さと周期の関係から，単振り子の長さと振動周期を測定し，重力加速度を求めます。

実験の結果から，振り子の長さと周期の関係のグラフや，振り子の長さと周期の２乗の関係のグラフを作成し，考察を加えてレポートを作成しました。


　　　

核酸の電気泳動による解析

今回のテーマは，「犯人を探せ！」。DNAの特徴を調べて犯人を特定するという実験です。
DNAについて講義を受けた後，実際に3種類のDNAのサンプルの中から，犯人となるDNAを
特定していきます。

その方法は，アガロースゲル電気泳動という方法で，DNA分子をDNAの大きさに応じて分離する手法です。
現在，犯罪捜査に利用されているものと同じ原理です。
※アガロースは寒天の主成分

DNAなどの核酸分子はそれぞれ固有の大きさ（長さ）と荷電を持っているそうです。
核酸の荷電の個数は分子の大きさに比例するので，電気による泳動距離は，分子量の大きいものほど小さく，小さいものほど大きいことになります。

このような手法で，最新のDNA解析技術を体験しました。