概要:
【開講学期】夏学期週2時間・秋学期週2時間
電気、電子、通信工学を学ぶ上で最も重要な基礎科目の一つであり、第4学年の電磁気学Ⅱ、Ⅲに継続している。電界とエネルギーの概念を用いて静電界の基本法則を学ぶ。静電界の電磁気現象の物理的意味と工業的な応用について出来るだけはっきりとしたイメージを持って理解できるように様々な例題を用いて理解を深める。
授業の進め方・方法:
静電界の基本法則を電界とエネルギーの概念を用いて理解する。この授業で学習する最も重要なものは、点電荷による電界と電位、ガウスの法則を用いて電界を求めること、電界を用いて導体・誘電体における２点間の電位差と静電容量、静電エネルギーについて求めることであり、種々の問題への応用力を養う。
到達度試験70%、小テスト・演習など30％として評価を行い、総合評価は100点満点として、60点以上を合格とする。答案は採点後返却し、達成度を伝達する。
総合評価で60点未満の場合、到達度試験の補充試験を行い、補充試験70%、小テスト・演習など30％として評価をし、60点以上を合格とする。ただし、最大60点とする。
注意点:
静電界の基本法則を電界とエネルギーの概念を式だけでなく、図などを用いて理解すること、繰り返し様々な演習問題を解くことにより、授業で習得した知識の理解を深めることも大切です。1、2年の物理や電気情報基礎、1、2年の基礎数学、線形代数や微分積分学と重なる部分も多いので、復習をしておく。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
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| 2週 |
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| 3週 |
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| 4週 |
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| 5週 |
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| 6週 |
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| 7週 |
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| 8週 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
クーロンの法則と電界、点電荷による電界 |
クーロンの法則と電界、点電荷による電界について説明でき、計算に用いることができる
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| 10週 |
クーロンの法則と電界、点電荷による電界 |
クーロンの法則と電界、点電荷による電界について説明でき、計算に用いることができる
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| 11週 |
連続電荷・分布電荷による電界、電気力線 |
連続電荷・分布電荷による電界、電気力線について説明でき、計算に用いることができる
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| 12週 |
連続電荷・分布電荷による電界、電気力線 |
連続電荷・分布電荷による電界、電気力線について説明でき、計算に用いることができる
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| 13週 |
ガウスの法則、対称分布電荷の電界 |
ガウスの法則、対称分布電荷の電界について説明でき、計算に用いることができる
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| 14週 |
ガウスの法則、対称分布電荷の電界 |
ガウスの法則、対称分布電荷の電界について説明でき、計算に用いることができる
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| 15週 |
電束・電束密度、導体の性質 |
電束・電束密度、導体の性質について説明できる
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| 16週 |
電束・電束密度、導体の性質 |
電束・電束密度、導体の性質について説明できる
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
電位、対称分布電荷の電位、電気双極子 |
電位、対称分布電荷の電位、電気双極子について説明でき、計算に用いることができる
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| 2週 |
電位、対称分布電荷の電位、電気双極子 |
電位、対称分布電荷の電位、電気双極子について説明でき、計算に用いることができる
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| 3週 |
静電容量 |
静電容量について説明でき、計算に用いることができる
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| 4週 |
静電容量 |
静電容量について説明でき、計算に用いることができる
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| 5週 |
誘電体、分極、誘電率 |
誘電体、分極、誘電率について説明でき、計算に用いることができる
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| 6週 |
誘電体の境界面での屈折 |
誘電体の境界面での屈折について説明でき、計算に用いることができる
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| 7週 |
到達度試験 |
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| 8週 |
答案返却とまとめ |
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| 4thQ |
| 9週 |
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| 10週 |
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| 11週 |
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| 12週 |
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| 13週 |
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| 14週 |
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| 15週 |
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| 16週 |
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| 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 |
| 基礎的能力 | 数学 | 数学 | 数学 | 2点間の距離を求めることができる。 | 3 | |
| ベクトルの定義を理解し、ベクトルの基本的な計算(和・差・定数倍)ができ、大きさを求めることができる。 | 3 | |
| 平面および空間ベクトルの成分表示ができ、成分表示を利用して簡単な計算ができる。 | 3 | |
| 平面および空間ベクトルの内積を求めることができる。 | 3 | |
| 微分係数の意味や、導関数の定義を理解し、導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 三角関数・指数関数・対数関数の導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 不定積分の定義を理解し、簡単な不定積分を求めることができる。 | 3 | |
| 置換積分および部分積分を用いて、不定積分や定積分を求めることができる。 | 3 | |
| 定積分の定義と微積分の基本定理を理解し、簡単な定積分を求めることができる。 | 3 | |
| 分数関数・無理関数・三角関数・指数関数・対数関数の不定積分・定積分を求めることができる。 | 3 | |
| 簡単な関数について、2次までの偏導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 1変数関数のテイラー展開を理解し、基本的な関数のマクローリン展開を求めることができる。 | 3 | |
| 自然科学 | 物理 | 力学 | 物体に作用する力を図示することができる。 | 3 | |
| 力の合成と分解をすることができる。 | 3 | |
| 質点にはたらく力のつりあいの問題を解くことができる。 | 3 | |
| 仕事と仕事率に関する計算ができる。 | 3 | |
| 力学的エネルギー保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 3 | |
| 万有引力の法則から物体間にはたらく万有引力を求めることができる. | 3 | |
| 万有引力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
| 電気 | 導体と不導体の違いについて、自由電子と関連させて説明できる。 | 3 | |
| 電場・電位について説明できる。 | 3 | |
| クーロンの法則が説明できる。 | 3 | |
| クーロンの法則から、点電荷の間にはたらく静電気力を求めることができる。 | 3 | |
| オームの法則から、電圧、電流、抵抗に関する計算ができる。 | 3 | |
| 抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求めることができる。 | 3 | |
| ジュール熱や電力を求めることができる。 | 3 | |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 4 | |
| オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 4 | |
| 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 | 後1,後2 |
| 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 | 後1,後3,後4,後7,後8,後9,後10 |
| 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 | 後5,後6 |
| 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 | 後7,後9 |
| 誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 4 | 後8,後13,後14 |
| 静電容量を説明でき、平行平板コンデンサ等の静電容量を計算できる。 | 4 | 後11,後12 |
| コンデンサの直列接続、並列接続を説明し、その合成静電容量を計算できる。 | 4 | |
| 静電エネルギーを説明できる。 | 4 | |