到達目標
・半導体・力学・光学・量子論・原子核における基本知識を学び、応用物理実験の原理を理解する.
・応用物理IIの実験で用いる実験器具の使用方法, データの解析方法を習得する.
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 |
| 実験の元となる各分野の理論、事項の理解と適用
| 半導体・力学・光学・量子論・原子核における基本事項を理解し、式や図を用いて応用問題に答えることができ、応用例などを説明することができる。 | 半導体・力学・光学・量子論・原子核における基本事項を理解し、式や図を用いて基本的な問題に答えることができる。 | 半導体・力学・光学・量子論・原子核における基本事項の理解が不十分であり、これらの説明や簡単な確認問題に答えることができない。 |
| 実験原理、方法、データ分析、解析 | 実験器具の使用方法を理解し、実験原理を理解し、実験器具の使用、実験方法について説明できる。与えられた実験データの必要な計算と解析を基に、実験結果に関して論ずることができる。 | 実験原理を理解して、実験器具の使用、実験方法を概ね説明できる。与えられた実験データの物理的意味の説明と必要な計算を行うことができる。 | 実験原理の理解が十分でなく、実験器具の使用、実験方法について説明することができない。また、与えられた実験結果のデータの意味を説明できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本授業では座学を主とし、半導体・力学・光学・量子論・原子核における基本知識, 基本的実験の原理を講義する。また、 後期応用物理IIにおける各実験で用いる実験器具の使用方法、データの基本的解析方法も学習し、物理実験の基本的技法の習得も目指す。
授業の進め方・方法:
座学を中心に授業を進める。教科書も用いるが, ウェブで閲覧可能資料を使用してかなり早いペースで授業を行う. 更に詳しく学びたい学生のために文献は授業中に紹介する。
注意点:
学修状況の確認のため、 定期的に課題を出し、授業中に行う演習も課題として提出してもらう。
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 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス
学習内容の確認 |
科目趣旨・趣旨, 予習復習, 課題への対応について理解する
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| 2週 |
半導体の基礎、バンド構造、 |
半導体の物理（禁制帯、価電子帯と伝導帯、フェルミ準位、真性半導体と不純物半導体）について理解する
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| 3週 |
ダイオードとPN接合、整流作用
トランジスタ① 基本構造と原理 |
ｎ型半導体とp型半導体、PN接合、空乏層、整流作用について理解する。トランジスタの基本構造と動作原理について理解する。
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| 4週 |
トランジスタ② 増幅作用と応用 |
トランジスタの基本原理、増幅作用とその応用を理解する。
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| 5週 |
力学①
質点の力学（並進運動, 円運動） |
質点の並進運動, 円運動の運動方程式を微分を用いて計算できる。
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| 6週 |
力学②
剛体の力学（慣性モーメントと２定理、角運動量L） |
角運動量, 慣性モーメントについて理解し, 計算できる。
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| 7週 |
力学③
回転運動と調和振動子、物理振り子による重力加速度の測定 |
回転運動、調和振動子、物理振り子を用いた重力加速度測定の実験原理を理解する。
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| 8週 |
中間試験 |
学習内容が理解できていて, 確認問題を解くことができる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
光の物理的性質
光のスペクトル、光の回折と干渉 |
光の物理的性質、回折と干渉について理解し, 簡単な確認問題を解くことができる。二重スリットによる干渉縞、ニュートンリングを用いた光の波長測定の実験の原理を理解する。
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| 10週 |
電子の比電荷e/mと電気素量e |
電子の発見、電子の性質について理解し、比電荷、 質量、電荷の測定実験の原理について理解する。
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| 11週 |
光の粒子性と光電効果 |
光の波的性質と粒子的性質を理解する。光電効果やコンプトン散乱を理解する. プランク定数、光子のエネルギー測定実験の原理を理解する。
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| 12週 |
ボーアの原子模型とエネルギー準位①
電子の波動性 |
ボーアの量子条件、ド・ブローイ波、原子中の電子の状態について理解する。
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| 13週 |
ボーアの原子模型とエネルギー準位①
水素原子のスペクトル |
ボーアの原子模型, 水素原子のエネルギー準位, 輝線, リュードベリの関係式、フランクヘルツの実験の原理について理解する。
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| 14週 |
原子核と放射線①
原子核の構成、崩壊、原子核反応と核エネルギー |
原子核の構成、核力、結合エネルギーについて理解する. 原子核の崩壊, 半減期、安定性ならびに年代測定などの説明や簡単な計算ができる.
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| 15週 |
原子核と放射線②
放射線測定 |
霧箱、ガイガーカウンター等の放射線測定の実験の原理と放射線遮蔽、防護の基礎を理解する。
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| 16週 |
定期試験返却・解説 |
学習内容が理解できていて, 確認問題を解くことができる.
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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 | 物理 | 周期、振動数など単振動を特徴づける諸量を求めることができる。 | 3 | |
| 単振動における変位、速度、加速度、力の関係を説明できる。 | 3 | |
| 等速円運動をする物体の速度、角速度、加速度、向心力に関する計算ができる。 | 3 | |
| 力のモーメントを求めることができる。 | 3 | |
| 角運動量を求めることができる。 | 3 | |
| 角運動量保存則について具体的な例を挙げて説明できる。 | 3 | |
| 剛体における力のつり合いに関する計算ができる。 | 3 | |
| 重心に関する計算ができる。 | 3 | |
| 一様な棒などの簡単な形状に対する慣性モーメントを求めることができる。 | 3 | |
| 剛体の回転運動について、回転の運動方程式を立てて解くことができる。 | 3 | |
| 波動 | 波の重ね合わせの原理について説明できる。 | 3 | |
| 波の独立性について説明できる。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |
| 定常波の特徴(節、腹の振動のようすなど)を説明できる。 | 3 | |
評価割合
| 試験 | 課題・演習・レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 70 | 30 | 100 |
| 基礎的能力 | 70 | 30 | 100 |
| 専門的能力 | 0 | 0 | 0 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |