到達目標
□ スカラーとベクトルの違いを理解し, 力や電場をベクトルとして扱うことができる.
□ クーロンの法則を理解し, ４個程度の電荷がある場合の問題が解けるようになる.
□ 静電場の意味を理解し, 複数の点電荷がある場合に、各電荷による電場を計算し, 合成することができる.
□ 積分形のガウスの法則を理解し, 対称性がある条件下で, (i)点電荷, (ii)殻, (iii)電荷が分布している場合に
ついて, ガウスの法則から電場を求めることが出来る.
□ 静電ポテンシャルおよびポテンシャルの原点について理解し, 電場が与えられた場合に, 静電ポテンシャルを計
算することができる. また, 静電ポテンシャルが与えられたとき, 電場を計算することができる.
□ 静電エネルギーの意味を理解し, 複数の電荷がある場合の系全体の静電エネルギーを計算できる.
□ 具体的なコンデンサの静電容量の計算ができる.
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 | クーロンの法則を理解し, ４個程度の電荷がある場合の力の合成ができる.また,静電場の意味を理解し, 複数の点電荷がある場合に、各電荷による電場を計算し, 合成することができる. | クーロンの法則を理解し, 2個の電荷がある場合の力の合成ができる.また,静電場の意味を理解し, 2個の点電荷がある場合に、各電荷による電場を計算し, 合成することができる. | 2個の電荷がある場合の力の合成ができない.また, 2個の点電荷がある場合に、各電荷による電場を計算し, 合成することができない. |
| 評価項目2 | 積分形のガウスの法則を理解し, 対称性がある条件下で, (i)点電荷, (ii)殻, (iii)電荷が分布している場合に ついて, ガウスの法則から電場を求めることが出来る. | 積分形のガウスの法則を理解し, 対称性がある条件下で, (i)点電荷, (ii)殻に ついて, ガウスの法則から電場を求めることが出来る. | 対称性がある条件下で, ガウスの法則から電場を求めることが出来ない. |
| 評価項目3 | 静電ポテンシャルおよびポテンシャルの原点について理解し, 与えられた電場から静電ポテンシャルを計 算することができる. また, 与えられた静電ポテンシャルから電場を計算することができる. | 静電ポテンシャルおよびポテンシャルの原点について理解し, 与えられた電場から静電ポテンシャルを計 算することができる. | 与えられた電場から静電ポテンシャルを計 算することができない. また, 与えられた静電ポテンシャルから電場を計算することができない. |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
電磁気学は力学などとは違って, 目に見えない現象を扱うため, 一見難解に感じられる. このような場合, まず問題を解くところから入るのも一つの方法である. また, 今まで習ってきた力学との対応関係で理解すると, 分かりやすい. この演習では, 電磁気学の典型的な問題を解くことによって, 電磁気学の諸現象についての理解を深めることが目的である.
授業の進め方・方法:
電磁気学Iで学習した内容の理解を深めるため, ベクトル, クーロンの法則, 静電場, ガウスの法則, 静電ポテンシャル, 静電エネルギー, 静電容量などのテーマについて, それぞれ典型的な問題を解いてもらう. 授業の進め方としては, まずスライドを用いて必要事項の解説を行った後, 問題をプリントで配布し, 解いてもらう. 問題は次の時間までにやってきて, 黒板で解説してもらう.
注意点:
ベクトル, 偏微分, 重積分の知識が必要となる.
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ベクトル |
・ベクトルの簡単な計算ができる.
・ベクトルの内積, 外積が計算できる.
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| 2週 |
クーロンの法則 |
・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.
・３個以上点電荷があるときの力の合成ができる.
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| 3週 |
電荷と静電場（１） |
・点電荷が作る静電場について説明できる.
・複数点電荷があるときの電場の合成ができる.
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| 4週 |
電荷と静電場（２） |
・電荷分布が与えられたときの静電場が計算できる.
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| 5週 |
ガウスの法則（１） |
・電気力線と電場の関係を説明できる.
・ガウスの法則を用いて, 平板上の電荷による電場を計算できる.
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| 6週 |
ガウスの法則（２） |
・ガウスの法則を用いて, 同心球殻上の電荷による電場を計算できる.
・ガウスの法則を用いて, 円柱内に分布した電荷による電場を計算できる.
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| 7週 |
ガウスの法則（３） |
・ガウスの法則を用いて, 球内に分布した電荷による電場を計算できる.
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
静電ポテンシャル（１） |
・電場が与えられたときの静電ポテンシャルを計算できる.
・同心球殻上の電荷による静電ポテンシャルを計算できる.
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| 10週 |
静電ポテンシャル（２） |
・円柱内に分布した電荷による静電ポテンシャルを計算できる.
・静電ポテンシャルが与えられたときの電場を計算できる.
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| 11週 |
静電ポテンシャル（３） |
・直線状の電荷による静電ポテンシャルを計算できる.
・円輪、円盤上の電荷による静電ポテンシャル、電場を計算できる.
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| 12週 |
静電エネルギー（１） |
・点電荷系の静電エネルギーを計算できる.
・平行平板電極間の静電エネルギーを計算できる.
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| 13週 |
静電エネルギー（２） |
・導体球の静電エネルギーを計算できる.
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| 14週 |
コンデンサの静電容量（１） |
・コンデンサの静電容量を計算できる.
・直並列接続されたコンデンサの合成容量を計算できる.
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| 15週 |
コンデンサの静電容量（２） |
・コンデンサの静電エネルギーを計算できる.
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| 16週 |
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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 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 30 |
| 専門的能力 | 60 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 60 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |