到達目標
光とは何かを理解するためにgradV、divE、rotHの３つの式を学び、マクスェル方程式を理解する。その後誘電体光スラブ導波路の電磁界の強度分布を求める方法について学び、理解する。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1(A-2,D-1,D-2) | gradV,divE,rotHの意味を完全に説明できる。 | gradV,divE,rotHの意味をまちがえずに説明できる。 | gradV,divE,rotHの意味を説明できない。 |
| 評価項目2(A-2,D-1,D-2) | マクスェル方程式の意味を完全に説明できる。 | マクスェル方程式の意味をまちがえずに説明できる。 | マクスェル方程式の意味を説明できない。 |
| 評価項目3(A-2,D-1,D-2) | 光導波路の電磁界強度分布の大きさを完全に導出できる。 | 光導波路の電磁界強度分布の大きさをまちがえずに導出できる。 | 光導波路の電磁界強度分布の大きさを導出できない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 電気情報工学科の教育目標①
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学習・教育到達度目標 本科の教育目標③
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JABEE A-2
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JABEE D-1
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JABEE D-2
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JABEE基準 (d)
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教育方法等
概要:
電界と磁界をベクトルで表現する。ベクトルで電位の傾斜、電界の発散、磁界の回転を表現し、意味を理解する。その後マクスェル方程式を理解する。最後にスラブ光導波路の電磁界解析を行い、ＴＥ，ＴＭモードにおける電界、磁界の強度分布を求める。
授業の進め方・方法:
最初はベクトル解析を行い、電界と電位の関係、電界の発散、ガウスの定理、アンペアの法則、ストークスの定理などについて学ぶ。その後光とは何か、伝搬する事を数学でどう表現するかを学び、スラブ光導波路の電磁界解析を行う。
注意点:
６回演習を行う。英文和訳や式の導出を行い、一回５点として試験に組み込む。必ず提出し、基礎点とすること。
・教育プログラムの学習・教育到達目標の各項目の割合はA-2(60%) D-1(20%) D-2(20%)とする．
・総時間数90時間（自学自習60時間）
・自学自習(60時間)として，日常の授業(30時間)のための予習復習時間，理解を深めるための演習課題の考察時間，および試験準備のための学習時間を総合したものとする。
・評価については，合計点数が60点以上で単位修得となる．その場合，各到達目標項目の到達レベルが標準以上であること，教育プログラムの学習・教育到達目標の各項目を満たしたことが認められる．
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ベクトルとスカラーの違いを学ぶ。 |
ベクトルとスカラーの違いを理解する。
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| 2週 |
gradV=Eについて学ぶ。電位分布の傾斜の傾き度がすなわち電界である。 |
gradV=Eについて理解する。
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| 3週 |
divEについて学ぶ。電界を全部集めると電荷になることを学ぶ。 |
divEについて理解する。
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| 4週 |
ガウスの定理について学ぶ。 |
ガウスの定理について理解する。
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| 5週 |
ベクトルの外積とrotHについて学ぶ。 |
ベクトルの外積とrotHについて理解する。
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| 6週 |
ストークスの定理について学ぶ。 |
ストークスの定理について理解する。
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| 7週 |
電流の変化ではなく、電界の変化が原因で周囲に磁界が発生することを学ぶ。次週中間試験を実施する。 |
電流密度だけでなく、空間で電界の変化があっても同じ空間に磁界が発生することを学ぶ。
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| 8週 |
波の数学的な表現について学ぶ。 |
波の数学的な表現について理解する。
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| 2ndQ |
| 9週 |
マクスウェル方程式について学ぶ。(1) |
マクスウェル方程式について理解する。(1)
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| 10週 |
マクスウェル方程式について学ぶ。(2) |
マクスウェル方程式について理解する。(2)
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| 11週 |
光と光導波路について学ぶ。 |
光と光導波路について理解する。
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| 12週 |
平面波の波動方程式を作り、それを解くことで電磁界分布を得ることを学ぶ。 |
平面波の波動方程式を作り、それを解くことで電磁界分布を得ることを理解する。
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| 13週 |
スラブ光導波路のTE,TMモードについて学ぶ。 |
スラブ光導波路のTE,TMモードについて理解する。
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| 14週 |
スラブ光導波路のTE,TMモードにおける波動方程式を作ることを学ぶ。波動方程式を解き、電磁界分布を求める方法について学ぶ。 |
スラブ光導波路のTE,TMモードにおける波動方程式を作ることができる。波動方程式を解き、電磁界分布を求める方法について理解する。
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| 15週 |
電磁波の強度分布に偶対称モードと奇対称モードが存在することを図で視覚的に理解する。 |
偶対称モードと奇対称モードを理解する。
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| 16週 |
前期期末試験 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電磁気 | 電荷及びクーロンの法則を説明でき、点電荷に働く力等を計算できる。 | 4 | 前7 |
| 電界、電位、電気力線、電束を説明でき、これらを用いた計算ができる。 | 4 | 前2,前3 |
| ガウスの法則を説明でき、電界の計算に用いることができる。 | 4 | 前4 |
| 導体の性質を説明でき、導体表面の電荷密度や電界などを計算できる。 | 4 | |
| 誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 4 | |
| 磁性体と磁化及び磁束密度を説明できる。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 70 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 70 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |