到達目標
相対性理論を基本概念、法則から論理的に理解することを目標とする。具体的には以下の通りである。
1．ニュートン力学との違いを理解し、説明できる
2．時間や長さの相対性について理解し、説明できる
3．相対論的な力学の問題を解くことができる
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 |
| 1．ニュートン力学との違い | ニュートン力学との違いを理解し、説明できる。 | ニュートン力学との違いを理解できる。 | ニュートン力学との違いを理解できない。 |
| 2．時間や長さの相対性 | 時間や長さの相対性を理解し、具体的に評価できる。 | 時間や長さの相対性の概要を理解している。 | 時間や長さの相対性の概要を理解していない。 |
| 3．相対論的な力学 | 相対論的な力学の問題を解いて、説明できる。 | 相対論的な力学の簡単な計算ができる。 | 相対論的な力学の計算ができない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
相対性理論は、量子力学と併せて、現代物理学の柱となっている。本講義では、重力を含まない特殊相対性理論に重点を置き、時間の遅れや長さの収縮を説明する。定量的な計算もいくつか行う。相対性理論を通じて現代の物理学者が何を学び、どう発展させてきたかといった物理学的な立ち位置についても概観する。
授業の進め方・方法:
基本的にはスライドや動画を用いて説明する。
注意点:
数時間ごとに演習問題を課すので、自分で考えて計算する。
オフィスアワーは毎週月曜日の16時～17時。
授業の属性・履修上の区分
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 |
ガイダンス、歴史的背景 |
それまでの物理学の発展と問題について理解する。
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| 2週 |
ガリレイ変換 |
ガリレイ変換の意味を理解する。
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| 3週 |
2つの原理と同時性の相対化 |
特殊相対性理論の根幹を支える原理を理解し、それによって引き起こされる同時性の相対化を理解する。
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| 4週 |
時間と長さの系による変化 |
動いている時計やものさしに対する相対論的な効果を理解し、評価できる。
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| 5週 |
ローレンツ変換 |
ローレンツ変換を理解し、実行できる。
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| 6週 |
ローレンツ変換と斜交座標系 |
ローレンツ変換を斜交座標系で可視化し、相対論的な効果を説明できる。
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| 7週 |
ミンコフスキー空間 |
ミンコフスキー空間について理解する。
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| 8週 |
相対論的な諸現象 |
ここまでの相対論的現象を応用できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
数学的準備(1) |
ベクトルと行列について思い出す。
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| 10週 |
数学的準備(2) |
ベクトルの変換性による分類を理解する。
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| 11週 |
相対論的力学(1) |
運動する粒子の相対論的な記述ができる。
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| 12週 |
相対論的力学(2) |
粒子のエネルギーなどの物理量に関する相対論的な効果を理解する。
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| 13週 |
相対論的力学における諸現象 |
粒子の崩壊など、相対論的な現象を理解し、評価できる。
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| 14週 |
一般相対性理論と現代物理学 |
特殊相対性理論を超えた先に、何があるのか理解する。
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| 15週 |
復習 |
学習内容を確認する。
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| 16週 |
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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 | 自然科学 | 物理 | 波動 | 波の重ね合わせの原理について説明できる。 | 4 | 後2 |
| 波の独立性について説明できる。 | 4 | 後2 |
| 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。 | 4 | 後2 |
| 定常波の特徴(節、腹の振動のようすなど)を説明できる。 | 4 | 後2 |
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 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 | 100 |
| 専門的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |