電磁気現象・量子論を講義・問題演習を通じて学び物理現象を系統的・論理的に捉える能力を目標とする。また、微分、積分等の数学的手法を活用して問題を解析する能力を養う。前期は電磁気学、後期は量子論
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
電荷とクーロンの法則 |
クーロンの法則について説明できる。特に電荷の単位が如何に大きいか理解できる。
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| 2週 |
静電界 |
電界と電位の定義について説明できる。
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| 3週 |
ガウスの法則
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静電界のガウスの法則について説明できる。特に積分形式と微分形式につじて理解できる。
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| 4週 |
導体と静電容量 |
導体の性質および静電容量について説明できる。また、キャパシタの接続について計算できる。
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| 5週 |
誘電体 |
誘電体と誘電率について説明できる。特に電束密度の物理的意味について理解できる。
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| 6週 |
定常電流 |
オームの法則と抵抗およびジュール熱について説明できる。
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| 7週 |
静磁界 |
ビオ・サバールの法則、アンペアの法則について説明できる。
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| 8週 |
磁性体 |
磁化と透磁率について説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
電磁誘導 |
ファラデーの法則について説明できる
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| 10週 |
インダクタンス |
自己・相互インダクタンスについて説明できる。インダクタンスの接続の計算ができる。
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| 11週 |
マクスウェルの方程式 |
マクスウェル方程式と電磁気法則の関係が説明できる。特に変位電流の物理的意味を理解できる。
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| 12週 |
波動法的式 |
波動方程式が導出できる。
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| 13週 |
電磁波 |
波動方程式の解として電磁波を説明できる。
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| 14週 |
反射と透過波と特性インピーダンス |
境界面での反射と透過について説明できる。また、等価モデルとして特性インピーダンスを用いた説明ができる。
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| 15週 |
電磁波の応用 |
電磁波の応用例が説明できる。
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ボーアの原子モデル |
ボーアの原子モデルから電子の運動エネルギーについて説明できる。
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| 2週 |
電子波 |
電子をドブロイ波で取り扱うことによってボーアモデルの電子のエネルギーが量子化されることを説明できる。
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| 3週 |
不確定性関係 |
不確定性関係の物理的意味を説明できる。
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| 4週 |
シュレーディンガー方程式 |
シュレーディンガー方程式を説明できる。
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| 5週 |
波動関数 |
複素数による波動関数を説明できる。
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| 6週 |
水素原子のシュレーディンガー方程式 |
水素原子においてシュレーディンガー方程式を適用できる。
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| 7週 |
水素原子のシュレーディンガー方程式の解 |
水素原子のシュレーディンガー方程式の解の物理的意味を説明できる。
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| 8週 |
エネルギー帯 |
金属、半導体、絶縁体をエネルギー帯構造を用いて説明できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
１次元のシュレーディンガー方程式の解 |
１次元の箱に閉じ込められた粒子について説明できる。
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| 10週 |
3次元のシュレーディンガー方程式の解 |
３次元の箱に閉じ込められた粒子について説明できる。
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| 11週 |
状態密度 |
伝導電子の状態密度について説明できる。
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| 12週 |
フェルミ・ディラック分布関数う |
フェルミ・ディラック分布関数の導出と近似としてのボルツマン分布関数を説明できる。
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| 13週 |
エネルギー帯を利用したデバイス例、フォトダイオード |
フォトダイオードの原理を説明できる
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| 14週 |
エネルギー帯を利用したデバイス例、太陽電池 |
太陽電池の原理を説明できる。
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| 15週 |
その他の量子効果の応用例、量子コンピューター等 |
最新の量子効果を利用した例を取り上げる。
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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 | 自然科学 | 物理 | 力学 | 速度と加速度の概念を説明できる。 | 3 | |
| 直線および平面運動において、2物体の相対速度、合成速度を求めることができる。 | 3 | |
| 等加速度直線運動の公式を用いて、物体の座標、時間、速度に関する計算ができる。 | 3 | |
| 平面内を移動する質点の運動を位置ベクトルの変化として扱うことができる。 | 3 | |
| 物体の変位、速度、加速度を微分・積分を用いて相互に計算することができる。 | 3 | |
| 自由落下、及び鉛直投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 3 | |
| 水平投射、及び斜方投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 3 | |
| 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 | |
| 重力、抗力、張力、圧力について説明できる。 | 3 | |
| フックの法則を用いて、弾性力の大きさを求めることができる。 | 3 | |
| 慣性の法則について説明できる。 | 3 | |
| 作用と反作用の関係について、具体例を挙げて説明できる。 | 3 | |
| 運動方程式を用いた計算ができる。 | 3 | |
| 簡単な運動について微分方程式の形で運動方程式を立て、初期値問題として解くことができる。 | 3 | |
| 静止摩擦力がはたらいている場合の力のつりあいについて説明できる。 | 3 | |
| 最大摩擦力に関する計算ができる。 | 2 | |
| 動摩擦力に関する計算ができる。 | 2 | |
| 仕事と仕事率に関する計算ができる。 | 3 | |
| 物体の運動エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
| 重力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
| 弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 1 | |
| 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 | |
| 物体の質量と速度から運動量を求めることができる。 | 3 | |
| 運動量の差が力積に等しいことを利用して、様々な物理量の計算ができる。 | 3 | |
| 運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 3 | |
| 周期、振動数など単振動を特徴づける諸量を求めることができる。 | 3 | |
| 単振動における変位、速度、加速度、力の関係を説明できる。 | 3 | |
| 等速円運動をする物体の速度、角速度、加速度、向心力に関する計算ができる。 | 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. | 2 | |
| 万有引力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 2 | |
| 力のモーメントを求めることができる。 | 2 | |
| 角運動量を求めることができる。 | 2 | |
| 角運動量保存則について具体的な例を挙げて説明できる。 | 2 | |
| 熱 | 原子や分子の熱運動と絶対温度との関連について説明できる。 | 3 | |
| 時間の推移とともに、熱の移動によって熱平衡状態に達することを説明できる。 | 3 | |
| 動摩擦力がする仕事は、一般に熱となることを説明できる。 | 3 | |
| エネルギーには多くの形態があり互いに変換できることを具体例を挙げて説明できる。 | 3 | |
| 不可逆変化について理解し、具体例を挙げることができる。 | 1 | |
| 熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 1 | |
| 波動 | 波の振幅、波長、周期、振動数、速さについて説明できる。 | 3 | |
| 横波と縦波の違いについて説明できる。 | 3 | |
| 波の重ね合わせの原理について説明できる。 | 3 | |
| 波の独立性について説明できる。 | 3 | |
| 2つの波が干渉するとき、互いに強めあう条件と弱めあう条件について計算できる。 | 3 | |
| 定常波の特徴(節、腹の振動のようすなど)を説明できる。 | 3 | |
| ホイヘンスの原理について説明できる。 | 1 | |
| 波の反射の法則、屈折の法則、および回折について説明できる。 | 3 | |
| 弦の長さと弦を伝わる波の速さから、弦の固有振動数を求めることができる。 | 1 | |
| 気柱の長さと音速から、開管、閉管の固有振動数を求めることができる(開口端補正は考えない)。 | 1 | |
| 共振、共鳴現象について具体例を挙げることができる。 | 1 | |
| 一直線上の運動において、ドップラー効果による音の振動数変化を求めることができる。 | 1 | |
| 自然光と偏光の違いについて説明できる。 | 1 | |
| 光の反射角、屈折角に関する計算ができる。 | 1 | |
| 波長の違いによる分散現象によってスペクトルが生じることを説明できる。 | 1 | |
| 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 | |
| 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 | |