到達目標
１．ガウスの法則から、対称性の良い場合の静電場の強度を計算することができる。
２．静磁場のガウスの法則やアンペールの法則から、対称性の良い場合の静磁場の強度を計算することができる。
３．ファラデーの電磁誘導の法則やアンペール・マックスウェルの法則から、変動する電場・磁場を計算することができる。
４．マクスウェルの方程式系と電磁気学諸法則との関係が理解でき、電磁波の存在と特性を導出することができる。
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 | 最低限の到達レベルの目安(可) |
| 評価項目1 | 電磁場の法則から、対称性の良い場合の静電場を計算することができる。 | ガウスの法則から、対称性の良い場合の静電場の強度を計算することができる。 | ガウスの法則から、対称性の良い場合の静電場の強度を凡そ計算することができる。 |
| 評価項目2 | 静磁場のガウスの法則やアンペールの法則から、対称性の良い場合の静磁場を計算できる。 | 静磁場のガウスの法則やアンペールの法則から、対称性の良い場合の静磁場の強度を計算できる。 | 静磁場のガウスの法則やアンペールの法則から、対称性の良い場合の静磁場の強度を凡そ計算できる。 |
| 評価項目3 | 電磁場の諸法則から、変動する電場・磁場を計算することができる。 | 電磁場の諸法則から、変動する電場・磁場の強度を計算することができる。 | 電磁場の諸法則から、変動する電場・磁場の強度を凡そ計算することができる。 |
| 評価項目4 | マクスウェルの方程式系と電磁気学諸法則との関係を数理的に論証でき、電磁波の存在と特性を導出できる。 | マクスウェルの方程式系と電磁気学諸法則との関係が説明でき、電磁波の存在と特性を導出できる。 | マクスウェルの方程式系と電磁気学諸法則との関係が説明でき、電磁波の存在と特性を凡そ導出できる。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本講義は、力学とともに古典物理学の二大黒柱である電磁気学について、数理的解析手法を強化して、一貫した論理体系として把握させる。また、問題解決法を重視することで、工学への応用能力を養う。 この科目は企業で、半導体集積素子の設計及び製造プロセスの研究・開発を担当していた教員が、その経験を活かし、マックスウェルの電磁気学について講義形式で授業を行うものである。
授業の進め方・方法:
授業内容は授業計画を参照すること基本的に講義形式をとる。 板書が主体であるが、関連資料をスライドで紹介する場合もある。 学生への発問はするので（3-5回/1コマ）、積極的に答えること。 指名されない学生も一緒に考えること。 計15回（計約60問）の課題は、自主的に考えて解き、問題解法の力を養うこと。
注意点:
４年生前期までの数学・物理・電気系科目で学んだ内容を前提として活用するので、これらの内容をしっかり復習しておくこと。また授業各回毎に出された課題の実施を含む自学自習が不可欠である。授業時間内に自学自習課題の解説を十分に行うことは不可能なので、疑問点があれば質問に来ること。質問にあたっては、先ず自分で調べ考えてみて、何が理解できなかったのかをはっきりさせてから質問に来ること。
シラバス指定参考書：物理の考え方２ 「電磁気学」 岩波書店 / 岩波基礎物理シリーズ１０「物理の数学」 岩波書店 / 物理入門コース演習２「例解 電磁気学演習」 岩波書店
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 |
数学的準備 |
ベクトル解析における各微分演算子を電磁気学の問題に活用できる。
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| 2週 |
数学的準備 |
ベクトル解析における積分定理を電磁気学の問題に活用できる。
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| 3週 |
静電場 |
クーロンの法則とガウスの法則を用いて静磁場の計算ができる。
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| 4週 |
静電場 |
静電ポテンシャルと導体の性質を解し対称性のよい図形の電位を計算できる。
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| 5週 |
静電場 |
コンデンサーの形状に応じた静電容量および静電場のエネルギーを計算できる。
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| 6週 |
定常電流と静磁場 |
オームの法則とジュールの法則を解し関係する問題を計算することができる。
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| 7週 |
定常電流と静磁場 |
定常電流と静磁場の関係を解し、対称性のよい場合の静磁場を計算できる。
静磁場のガウスの法則の意味を解析的に表現でき問題解法に適用できる。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
定常電流と静磁場 |
アンペールの法則を解し対称性のよい場合の静磁場を計算できる。
ローレンツの力の法則を解し荷電粒子の軌道計算ができる。
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| 10週 |
変動する電場と磁場 |
電荷保存則を解し問題を解析的に解くことができる。
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| 11週 |
変動する電場と磁場 |
アンペール・マックスウェルの法則を解し問題を解析的に解くことができる。
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| 12週 |
変動する電場と磁場 |
ファラデーの電磁誘導の法則を解し問題を解析的に解くことができる。
自己誘導・自己インダクタンスの意味を解し問題解法に適用できる。
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| 13週 |
マックスウェルの方程式 |
マックスウェルの方程式を解し積分型と微分型の相互の書き換えができる。
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| 14週 |
マックスウェルの方程式 |
マックスウェルの方程式から電磁気諸法則及び電磁波の存在を導出できる。
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| 15週 |
マックスウェルの方程式 |
電磁波の伝搬、光速度、偏りの性質を導出できる。
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| 16週 |
答案返却時間 |
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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 |
評価割合
| 定期試験 | 小テスト | ポートフォリオ | 発表・取り組み姿勢 | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 0 | 0 | 0 | 40 | 100 |
| 基礎的能力 | 20 | 0 | 0 | 0 | 10 | 30 |
| 専門的能力 | 30 | 0 | 0 | 0 | 20 | 50 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 10 | 20 |