到達目標
□ 電場の概念を式に基づいて理解できる。
□ 電場を素材として、古典場の基礎概念を理解できる。
□ 電場を素材として、電磁気学で使う基礎数学(微分・積分、ベクトル解析)の計算ができる。
□ 電荷と電場の関係を式に基づいて理解できる。
□ 電位の概念を式に基づいて理解できる。
□ 電場と電位の関係を式に基づいて理解できる。
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 | 点電荷に加え、電荷密度のある時のクーロンの法則を記述することができる。 | 点電荷におけるクーロンの法則を記述することができる。 | 点電荷におけるクーロンの法則を記述することができない。 |
| 評価項目2 | ガウスの法則の積分系・微分系の記述を用いて電荷が作る電場を記述することができる。 | ガウスの法則の積分系の記述を用いて電荷が作る電場を記述することができる。 | ガウスの法則の積分系の記述を用いて電荷が作る電場を記述することができない。 |
| 評価項目3 | 導体および誘電体と電場に関する複雑な問題が解くことができる。 | 導体および誘電体と電場に関する問題が解くことができる。 | 導体および誘電体と電場に関する問題が解くことができない。 |
学科の到達目標項目との関係
準学士課程 B-1
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準学士課程 C
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教育方法等
概要:
現在科学における最重要分野の一つである電磁気学を、現代物理学の基本概念である「場」に基づいて理解できるようにする。この授業では、電磁気現象とそれを支配する法則、および電磁場の記述に必要な数学を最初に学ぶ。次に、電荷と電場に関する法則を学び、静電ポテンシャルと誘電体中の静電場に関する基本法則を学ぶ。
授業の進め方・方法:
座学
注意点:
物理I・IIの電磁気学分野の総復習を勧める。また、微分・積分およびベクトル解析が重要となってくるため、その予習・復習を行うことが深い理解の助けとなる。
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 |
電荷と電場(1) |
場の概念を理解できる。
電磁気学で使われる基礎数学(ベクトル解析)について記述できる。
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| 2週 |
電荷と電場(2) |
点電荷におけるクーロンの法則を書き下すことができる。
電荷密度のある時のクーロンの法則を書き下すことができる。
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| 3週 |
電荷と電場(3) |
電気力線の性質が説明できる。
電束と電束密度の概念を理解できる。
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| 4週 |
電荷と電場(4) |
ガウスの法則を積分系で記述することができる。
ガウスの法則を微分形で記述することが出来る。
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| 5週 |
電荷と電場(5) |
保存力場の条件について積分系で記述することができる。
保存力場の条件について微分系で記述することができる。
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| 6週 |
電荷と電場(6) |
静電ポテンシャルの計算ができる。
静電エネルギーの計算ができる。
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| 7週 |
電荷と電場(7) |
電気双極子の概念を理解できる。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
導体および誘電体と電場(1) |
導体の性質を説明することができる。
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| 10週 |
導体および誘電体と電場(2) |
鏡像法を用いて、導体まわりの静電場および電位について計算することができる。
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| 11週 |
導体および誘電体と電場(3) |
コンデンサに蓄えられる電気容量を計算することができる。
コンデンサーの接続において、直列接続、並列接続の違いを説明できる。
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| 12週 |
導体および誘電体と電場(4) |
導体と誘電体の違いについて説明できる。
誘電体の性質を説明できる。
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| 13週 |
導体および誘電体と電場(5) |
分極ベクトル用いて、物質中のガウスの法則(積分系)について書き下すことができる。
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| 14週 |
導体および誘電体と電場(6) |
物質中のガウスの法則の微分形を書き下すことができる。
物質中における保存力場の条件を書き下すことができる。
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| 15週 |
導体および誘電体と電場(7) |
電気感受率と誘電率の関係について記述することができる。
誘電体境界面において、電気力線が屈折することを説明できる。
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| 16週 |
定期試験 |
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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 |
| 基礎的能力 | 工学基礎 | 情報リテラシー | 情報リテラシー | 同一の問題に対し、それを解決できる複数のアルゴリズムが存在しうることを知っている。 | 3 | |
| 与えられた基本的な問題を解くための適切なアルゴリズムを構築することができる。 | 3 | |
| 任意のプログラミング言語を用いて、構築したアルゴリズムを実装できる。 | 3 | |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 建設系分野 | 情報処理 | プログラム言語の利用法について説明できる。 | 3 | |
| いろいろなコンピュータの利用について説明できる。 | 3 | |
| コンピュータを用いたデータ処理方法について説明でき、簡単なデータ処理ができる。 | 3 | |
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 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 40 |
| 専門的能力 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 50 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |