到達目標
本授業では,前期は座学を主とし、産業で既に常識となって利用されている量子論、相対論の基礎を学修することを目的とする。特殊相対論の基礎を学び、これが量子論と結びつくことで現代的なミクロな世界が築かれていることを理 解する。直接目にすることがない現象であるので、課題演習で直感的理解も得られるようにする。後期は、実験を主と し、量子論的現象の実験のほか、物性物理的分野の実験もおこなう。
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
(相対論）
| ローレンツ変換と相対論的結論が理解でき、数値的にも解答できる。 | ローレンツ変換と相対論的結論が理解できる。 | ローレンツ変換と相対論的結論が理解できない。 |
| 評価項目2
(量子論）
| 光電効果、前期量子論が理解でき数値的にも解答できる。
簡単な波動方程式が導け、数値的にも解答できる。 | 光電効果、前期量子論が理解できる。
簡単な波動方程式が導け、解答できる。 | 光電効果、前期量子論が理解できない。
簡単な波動方程式が導け、解答できない。 |
| 評価項目3
(応物実験）
| 精度よく実験を遂行し、考察が十分な実験レポートが提出できる。
実験を指導し、安全で確実に実験を遂行させることが出来る。 | 実験を遂行し、実験レポートが提出できる。
実験を指導し、実験を遂行させることが出来る。 | 実験を遂行し、実験レポートが提出できない。
実験を指導し、実験を遂行させることが出来ない。 |
学科の到達目標項目との関係
準学士課程の教育目標 A① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する基礎を理解できる。
準学士課程の教育目標 A② 自主的・継続的な学習を通じて、基礎科目に関する問題を解くことができる。
準学士課程の教育目標 C① 実験や実習を通じて、問題解決の実践的な経験を積む。
準学士課程の教育目標 C② 機器類（装置・計測器・コンピュータなど）を用いて、データを収集し、処理できる。
準学士課程の教育目標 C③ 実験結果から適切な図や表を作り、専門工学基礎知識をもとにその内容を考察することができる。
準学士課程の教育目標 C④ 実験や実習について、方法・結果・考察をまとめ、報告できる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SA① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する共通基礎を理解できる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SA② 自主的・継続的な学習を通じて、共通基礎科目に関する問題を解決できる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SC① 専門工学の実践に必要な知識を深め、実験や実習を通じて、問題解決の経験を積む。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SC② 機器類（装置・計測器・コンピュータなど）を用いて、データを収集し、処理できる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SC③ 実験結果から適切な図や表を作り、専門工学知識をもとに分析し、結論を導き出せる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SC④ 実験や実習について、方法・結果・考察を的確にまとめ、報告できる。
教育方法等
概要:
本授業では,前期は座学を主とし、産業で既に常識となって利用されている量子論、相対論の基礎を学修することを目的とする。特殊相対論の基礎を学び、これが量子論と結びつくことで現代的なミクロな世界が築かれていることを理 解する。直接目にすることがない現象であるので、課題演習で直感的理解も得られるようにする。後期は、実験を主と し、量子論的現象の実験のほか、物性物理的分野の実験もおこなう。
授業の進め方・方法:
前期座学は、テキストを使い授業を進める。新しい概念に戸惑うが、予習、復習をすれば、難しくはない。教科書 にない歴史的な背景についても教授する。後期の実験は、 自作指導書を使い 8 テーマの実験を行う。
注意点:
後期は実験が主となるので、安全に実験を実施することにも注意する。
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 |
カリレイ変換 |
古典物理の座標変換を理解し、光速な運動では矛盾が出ることを理解できる。
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| 2週 |
ローレンツ変換 |
光速不変と相対性原理を用いて、ローレンツ変換が導けることが理解できる。
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| 3週 |
ローレンツ変換による速度の合成則 |
ローレンツ変換を用いて側後の合成即が複雑な式になるいことが理解できる。
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| 4週 |
ローレンツ収縮と「ウラシマ効果」(1) |
長さが収縮すること時間が変化することが理解できる。
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| 5週 |
ローレンツ収縮と「ウラシマ効果」(2) |
長さが収縮すること時間が変化することが理解でき、それらを使って計算もできる。
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| 6週 |
相対論的質量、相対論的力学(1) |
相対論的質量、エネルギーが導け、それらの計算ができる。
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| 7週 |
相対論的質量、相対論的力学(2) |
相対論的質量、エネルギーが導け、それらの計算ができる。
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| 8週 |
中間試験(相対論に関する試験) |
既習領域の基礎問題を解くことができる
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| 2ndQ |
| 9週 |
X線と電子・原子、黒体輻射と光電効果、光量子仮説 |
ミクロの世界でも、古典論で説明できる限界があることが理解できる。
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| 10週 |
X線と電子・原子、黒体輻射と光電効果、光量子仮説 |
量子論を用いると古典論での矛盾が解決することが理解できる。
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| 11週 |
前期量子論、ボーアの仮説、不確定性原理、交換関係 |
量子論で出てくる新たな問題が理解でき、解決されることが理解できる。
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| 12週 |
前期量子論、ボーアの仮説、不確定性原理、交換関係 |
量子論で出てくる新たな問題が理解でき、解決されることが理解できる。
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| 13週 |
シュレディンガー方程式と波動関数、固有値、期待値 |
数式を使ってミクロな問題を解くとこができる
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| 14週 |
シュレディンガー方程式と波動関数、固有値、期待値 |
数式を使ってミクロな問題を解くとこができる
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| 15週 |
シュレディンガー方程式と波動関数、固有値、期待値 |
数式を使ってミクロな問題を解くとこができる
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| 16週 |
定期試験(主に量子論分野に関する試験) |
既習領域の基礎問題を解くことができる
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
応用物理実験ガイダンス |
安全な器具の取扱
実験報告書の形式
実験データの精度
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| 2週 |
実験10 放射線計測シミュレーション実験 |
電子分子原子核に関する実験
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| 3週 |
実験2 重力加速度の実験（ケータの振子、ボルタの振子） |
力学に関する実験
剛体に関する実験
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| 4週 |
レポート作成指導 |
実験報告書の形式
実験データの精度
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| 5週 |
実験3 シンクロスコープの実験（ノコギリ波の発生、矩形波の発生） |
電磁気に関する実験
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| 6週 |
実験4 プリズムの実験（リュドベリ定数）
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原子分子に関する実験
光に関する実験
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| 7週 |
レポート作成指導 |
実験報告書の形式
実験データの精度
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| 8週 |
実験5 ねじれ振子（剛性率の測定） |
力学に関する実験
弾性体に関する実験
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| 4thQ |
| 9週 |
実験6 レンズの実験（合成レンズの主要面） |
光に関する実験
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| 10週 |
レポート作成指導 |
実験報告書の形式
実験データの精度
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| 11週 |
実験7 フランクヘルツの実験 |
原子分子に関する実験
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| 12週 |
実験9 プランク定数の実験 |
原子分子に関する実験
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| 13週 |
レポート作成指導 |
実験報告書の形式
実験データの精度
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| 14週 |
レポート作成指導 |
実験報告書の形式
実験データの精度
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| 15週 |
実験テーマに関連する定期試験 |
実験全般の理解
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| 16週 |
解答解説 |
実験全般の理解
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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 | 物理実験 | 物理実験 | 測定機器などの取り扱い方を理解し、基本的な操作を行うことができる。 | 3 | 後1,後4,後7,後10,後13,後14 |
| 安全を確保して、実験を行うことができる。 | 3 | 後1,後4,後7,後10,後13,後14 |
| 実験報告書を決められた形式で作成できる。 | 3 | 後1,後4,後7,後10,後13,後14 |
| 有効数字を考慮して、データを集計することができる。 | 3 | 後1,後4,後7,後10,後13,後14 |
| 力学に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。 | 3 | 後3,後8 |
| 熱に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。 | 3 | 後2,後11 |
| 波に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。 | 3 | 後5,後6 |
| 光に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。 | 3 | 後2,後6,後9 |
| 電磁気に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。 | 3 | 後2,後5 |
| 電子・原子に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。 | 3 | 後2,後6,後11,後12 |
評価割合
| 試験 | 課題・演習 | レポート | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 30 | 90 | 0 | 0 | 0 | 200 |
| 前期座学 | 70 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 後期実験 | 10 | 0 | 90 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |