概要:
電磁気学、量子論の基礎概念を身に付け、専門科目への応用の基礎をつくる。実験により物理現象の理解をさらに深めるとともに、実験ノート提出を通じて実験結果を考察し、文章により表現する力を発展させる。
授業の進め方・方法:
【座学】黒板を用いて学習内容の説明を行う。理解度の確認のため、前後期で2-3回レポートを出す。
【実験】5回の実験を行う。実験結果およびその分析を実験ノートに記述し、毎回提出する。
注意点:
実験準備ノートと実験書を事前に読み、しっかりと理解しておくこと。
実験ノート未提出者の単位取得はできない。また、実験ノート未提出で単位が取得できなかった学生の再試験は実施できない。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
授業の概要、実験に向けての説明 |
2週目から始まる実験に関する基礎事項を理解する。
時間があれば担当教員の研究に関連した最新の物理学に関する話をする。
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| 2週 |
応用物理実験２～６ |
ヤング率
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| 3週 |
応用物理実験２～６ |
剛体の運動
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| 4週 |
応用物理実験２～６ |
固体の線膨張率
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| 5週 |
応用物理実験２～６ |
ニュートンリング
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| 6週 |
応用物理実験２～６ |
光電効果
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| 7週 |
実験の復習と試験対策 |
座学で実験内容を内容をおさらいして試験に備える。
コンデンサーのしくみ、電気容量について理解する。
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| 8週 |
前期中間試験
試験答案の返却及び解説 |
実験で学んだ計算に関する中間試験を受ける。
試験問題の解説及びポートフォリオの記入
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| 2ndQ |
| 9週 |
電磁気学の概観、電荷とクーロン力 |
電磁気学の概要について学び、その導入として電荷とその間に働く力について理解すること。
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| 10週 |
電場と近接作用 |
近接作用の考え方と場の概念について理解すること。
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| 11週 |
電場とガウスの法則1 |
ガウスの法則について理解すること。
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| 12週 |
電場とガウスの法則2、ここまでのまとめと演習 |
ガウスの法則を用いて電荷の周辺にできる電場の計算ができるようにすること。
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| 13週 |
電位とポテンシャルエネルギー |
ポテンシャルエネルギーの復習をして電位について理解すること。
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| 14週 |
電位と電場の関係、演習 |
電位と電場の関係について理解すること。
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| 15週 |
試験対策 |
ここまでの復習をして試験の対策問題を解くこと。
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| 16週 |
試験答案の返却及び解説 |
試験問題の解説及びポートフォリオの記入
（１７週目は試験答案の返却・解説及びポートフォリオの記入）
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
電位とコンデンサー1 |
コンデンサー(キャパシター)とは何かを理解すること。
球殻コンデンサーを例にコンデンサーの静電容量の計算法を理解すること。
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| 2週 |
電位とコンデンサー2、演習 |
いくつかのコンデンサーの計算方法を理解すること。
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| 3週 |
電流 |
電流の正体が電荷の流れであることを理解すること。
電気抵抗、抵抗率、金属中の自由電子、オームの法則、ジュール熱について理解する。
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| 4週 |
電流と磁場 |
直線電流が作る磁場を例に、電流と磁場の関係について理解すること。
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| 5週 |
ビオ-サバールの法則1 |
ビオ-サバールの法則の定式化と意味を理解すること。
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| 6週 |
ビオ-サバールの法則2、まとめと演習 |
ビオ-サバールの法則を用いて電流が作る磁場を計算すること。
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| 7週 |
試験対策 |
試験対策として問題演習とその解説をする。
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| 8週 |
後期中間試験
試験答案の返却及び解説 |
中間試験を受ける。
試験問題の解説及びポートフォリオの記入
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| 4thQ |
| 9週 |
アンペールの法則1 |
アンペールの法則と線積分について理解すること。
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| 10週 |
アンペールの法則2、電磁誘導の法則 |
アンペールの法則を用いて電流が作る磁場が求められること。
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| 11週 |
ローレンツ力、演習 |
ローレンツ力について理解すること。アンペールの法則に関する問題演習をすること。
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| 12週 |
量子力学の概観、シュレーディンガー方程式1
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量子力学が何かについて理解すること。シュレディンガー方程式が与える波動関数と、電子の位置などを測定した際の確率の関係について理解する
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| 13週 |
シュレーディンガー方程式2 |
シュレディンガー方程式が与える波動関数と、電子の位置などを測定した際の確率の関係について理解する
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| 14週 |
量子力学のまとめと演習 |
量子力学のまとめと問題演習を通じて、シュレーディンガー方程式についての理解を深めること。
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| 15週 |
試験対策 |
これまでの復習をして演習問題が解けること。
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| 16週 |
試験答案の返却及び解説 |
試験問題の解説及びポートフォリオの記入
（１７週目は試験答案の返却・解説及びポートフォリオの記入）
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| 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 | 力学 | 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 | |
| 電気 | 導体と不導体の違いについて、自由電子と関連させて説明できる。 | 3 | 後9 |
| 電場・電位について説明できる。 | 3 | |
| クーロンの法則が説明できる。 | 3 | |
| クーロンの法則から、点電荷の間にはたらく静電気力を求めることができる。 | 3 | |
| オームの法則から、電圧、電流、抵抗に関する計算ができる。 | 3 | 後9 |
| 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 | 前12,後1,後2,後3,後4,後5,後6,後7 |
| 安全を確保して、実験を行うことができる。 | 3 | 前12,後1,後2,後3,後4,後5,後6,後7 |
| 実験報告書を決められた形式で作成できる。 | 3 | 前12,後1,後2,後3,後4,後5,後6,後7 |
| 有効数字を考慮して、データを集計することができる。 | 3 | 前12,後1,後2,後3,後4,後5,後6,後7 |
| 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1,後2,後3,後7 |
| 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1,後4,後7 |
| 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1,後5,後7 |
| 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1,後5,後6,後7 |
| 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1,後7 |
| 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1,後6,後7 |
| 工学基礎 | 工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法) | 工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法) | 物理、化学、情報、工学における基礎的な原理や現象を明らかにするための実験手法、実験手順について説明できる。 | 3 | |
| 実験装置や測定器の操作、及び実験器具・試薬・材料の正しい取扱を身に付け、安全に実験できる。 | 3 | |
| 実験データの分析、誤差解析、有効桁数の評価、整理の仕方、考察の論理性に配慮して実践できる。 | 3 | |
| 実験テーマの目的に沿って実験・測定結果の妥当性など実験データについて論理的な考察ができる。 | 3 | |
| 実験ノートや実験レポートの記載方法に沿ってレポート作成を実践できる。 | 3 | |
| 実験データを適切なグラフや図、表など用いて表現できる。 | 3 | |
| 実験の考察などに必要な文献、参考資料などを収集できる。 | 3 | |
| 実験・実習を安全性や禁止事項など配慮して実践できる。 | 3 | |
| 個人・複数名での実験・実習であっても役割を意識して主体的に取り組むことができる。 | 3 | |
| 共同実験における基本的ルールを把握し、実践できる。 | 3 | |
| レポートを期限内に提出できるように計画を立て、それを実践できる。 | 3 | |