電磁気学Ⅰ
 Electromagnetism I
 担当教員:梅林 豊治(UMEBAYASHI Toyoharu)
 担当教員の所属:理学部物理学科
 開講学年:2年  開講学期:前期  単位数:2単位  開講形態:講義
 開講対象:物理学科  科目区分:必修科目 
【授業の目的】
 電磁気現象に関する古典物理学がマクスウェルの方程式に集大成されることを統一的かつ平易に叙述して,古典電磁気学を場の概念の基礎から電磁波まで学ぶことが電磁気学の授業全体の目的である。電磁気学Ⅰでは,静電場を扱う。クーロンの法則から基本法則(ガウスの法則,渦なしの法則)を導き,全体を静電ポテンシャルに対するポアソン方程式にまとめる。古典電磁気学をはじめとして物理の記述に不可欠な数学である「ベクトル解析」を習得することも,この授業の重要な目的である。

【授業の到達目標】
(1) 静電場に関するガウスの法則,渦なしの法則を理解し,説明できる。【知識・理解】
(2) ポアソン方程式を理解し,その物理的意味を説明できる。【知識・理解】
(3) 数学的記述に必要なベクトル解析を理解し,静電場に関する基本的な問題を解くことができる。【技能】

【科目の位置付け】
 古典電磁気学は,力学と並んで物理学を構成する最も基本的な科目であり,量子力学,統計力学,相対論などから現代物理学を学ぶための必須分野である。この授業は,現代物理学の理解に必要な電磁気学の基礎知識と学力を身につける必修科目の第1部に位置づけられる。

【授業計画】
・授業の方法
 通常の講義形式で,内容を板書しながら授業を進める。取り上げる各テーマについて,まとめ,例題と演習問題のプリントを配布する。数回,レポート課題を出題して授業内容の理解を確認する。
・日程
 取り上げる主要なテーマとその順序は,次のとおり(カッコ内は,予定授業回数)である。
はじめに(1)
I  静電場
 1 クーロンの法則(1)                5 静電ポテンシャル(1)
 2 電場(1)                        +勾配(ベクトル解析3)
 3 ガウスの法則(3)                 6 ポアソン方程式とその解(3)
    +発散とガウスの定理(ベクトル解析1)         +ラプラシアン(ベクトル解析4)
 4 渦なしの法則 --- 保存力の条件(3)      7 静電場のエネルギー(1)
    +回転とストークスの定理(ベクトル解析2)    8 電気双極子(1)

【学習の方法】
・受講のあり方
1) 板書の筆写だけでなく,内容をまとめた自家用ノートの作成,演習問題を自分で解く,つくるなど受身の姿勢で受講しないように努める。
2) 「電磁気学演習I」の授業にも積極的に取り組み,気に入った演習書を併せて活用する。
3) ベクトル解析などの数学は,授業できちっと説明するが,これらについても物理数学として体系的に学習する。
・授業時間外学習へのアドバイス
1) 授業で扱うテーマについて,あらかじめ,選んだテキストに目を通す。
2) 授業で学んだ事項について,テキストやプリントの演習問題を実際に解き,授業内容(基本概念や法則)の理解を深める。
3) 授業ですべてのことを扱えるわけではない。電磁気学Ⅰ,Ⅱを通して共通のテキストを最後まで通読して古典電磁気学全体の理解に努める。

【成績の評価】
・基準
 静電場の基本法則とその物理的意味,ベクトル解析を理解し,基本的な問題を解く力を身につけていることを合格の基準とする。
・方法
 レポート課題を数回出題し,期末に筆記試験を行う。基本的には筆記試験(70%),レポート課題(30%)の重みで評点とする。

【テキスト・参考書】
 授業は特定のテキストに準拠しないので,自分が気に入ったテキストと演習書を1組選択して通読する。
 電磁気学の教科書や参考書は非常にたくさんある。代表的なテキストを例示すると次のとおりであるが,そのレベルはかなり異なる。
テキスト: 長岡洋介著,「物理入門コース 3,4 電磁気学 I,II」,岩波書店
テキスト: 飯田修一監訳,「バークレー物理学コース 電磁気」,丸善出版
テキスト: 太田浩一著,「電磁気学の基礎 I,II」,東京大学出版会

【その他】
・学生へのメッセージ
 現代物理学を学び,研究するには,さまざまな局面で古典電磁気学と場の概念についての知識(素養)が必要になる。このようなときに使用される大学院レベルの代表的な専門書として,次のテキストがある。これらを読み進められるようになることがこの授業の目標ともいえるから,いずれかを手元に置いてときどき参照すると,よい刺激になる。
参考書: ジャクソン著,「電磁気学 上,下」,吉岡書店
参考書: ランダウ=リフシッツ著,「電磁気学 =連続媒質中の電気力学= 1,2」,東京図書(絶版か)
参考書: パノフスキー,フィリップス著,「新版電磁気学 上,下」,吉岡書店(POD版)
・オフィス・アワー
 特に設けない。研究室にいれば,質問などには随時対応する。

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