基礎物理2
 Basic Physics2
 担当教員:秋山 孝夫(AKIYAMA Takao)
 担当教員の所属:大学院理工学研究科(工学系)システム創成工学分野
 開講学年:1年  開講学期:後期  単位数:1単位  開講形態:講義
 開講対象:システム創成工学科  科目区分:補習授業 
【授業の目的】
リメディアル教育を通じて,物理的教養を高めさらに工業専門基礎科目を履修する上で必要となる電磁気学に関する基礎的な知識・技能を確かなものにする.
高等学校で「物理」を履修してこなかった学生が,大学での「理工系の物理学」および「電磁気学基礎」の講義内容を理解できるように,高校レベルから大学レベル初歩までの電磁気学を習得する.

【授業の到達目標】
(1)大学初年時時で扱う剛体の力学及び高等学校や大学初年時で扱う電磁気学の内容が理解できる.
(2)具体的な電磁気に関する計算問題を解くことができる.

【授業概要(キーワード)】
電荷の保存則,クーロンの法則,電場,ガウスの定理,電位,コンデンサー,導体と誘電体,オームの法則,キルヒホッフの法則,ローレンツ力,電磁誘導の法則,自己誘導と相互誘導,交流回路,電磁波

【授業計画】
・授業の方法
講義が中心になるが,その中で演習も行う.
講義内容の理解の点検と定着のために,数回の演習問題を課す.
・日程
第1・2週 「静電場」:
静電気(帯電現象と電荷,電荷保存則,導体と絶縁体,静電誘導,箔検電器)
クーロンの法則(静電気力)
電場と電位(電場,電位,電場と電位の関係,電場と電位の合成,電荷系のつり合い,電荷系の静電エネルギー)
第3・4・5週 「ガウスの法則とコンデンサー」:
電気力線とガウスの法則(電気力線,等電位面,ガウスの法則,ガウスの法則の積分表現)
ガウスの法則の導体系への適用(導体表面の電荷と電場,鏡像法)
コンデンサー(電気容量,導体球コンデンサー,平行板コンデンサー,極板間引力,静電エネルギー,コンデンサーの接続,導体板が挿入されたコンデンサー,CR回路の充電と過渡現象,電荷と電流,キルヒホッフの法則,回路方程式)
第6週 中間試験とその解説
第7・8週 「誘電体と直流回路」:
誘電体(誘電分極,誘電体内の電場,誘電体の挿入されたコンデンサーの電気容量,誘電体挿入と等価回路)
電流とオームの法則(電流,電気抵抗,オームの法則,電力,ジュール熱,電流に関するミクロな考察)
直流回路(電池の起電力と端子電圧,抵抗の接続,ブリッジ回路,非線形抵抗,抵抗の温度依存性,半導体)
第9・10週 「電流と磁場」:
磁場の導入(磁石の磁場,磁荷,磁力,クーロンの法則,磁場の強さ,ローレンツ力と磁場の定義,磁束密度,サイクロトロン運動,電流に磁場から作用する力,フレミングの左手の法則,電流の定義,ホール効果)
電流の作る磁場(いろいろな電流の作る磁場,直線電流による磁場,円電流の中心に生じる磁場,ソレノイド内に生じる磁場,ビオ-サバールの法則,アンペールの法則)
磁性体(磁化,透磁率と磁場の強さ,磁力線)
第11・12週 「電磁誘導と回路」:
電磁誘導(磁束,電磁誘導の法則,レンツの法則,誘導起電力,誘導電場,積分形式の電磁誘導の法則)
ローレンツ力と誘導起電力(動く導体棒に生じる起電力,ローレンツ力の役割,回転導体棒に生ずる起電力)
自己誘導と相互誘導(自己インダクタンス,相互インダクタンス,コイルに蓄えられる磁気エネルギー,コイルに流れる電流と磁束,相反定理)
第13・14週 「交流と共振回路,電磁波」:
交流(交流の発生,実効値と各素子に流れる交流,誘導リアクタンス,容量リアクタンス,RLC直列交流回路,インピーダンス,交流のベクトル表現,力率,変圧器)
電気振動(回路方程式,エネルギー保存則)
電磁波(マックスウェル-アンペールの法則,変位電流,波動方程式,いろいろな電磁波)
第15週 期末試験

【学習の方法】
・受講のあり方
疑問点は常に授業の中で解決するような態度で臨むこと.また,積極的に質問し自学に心がけること.
・授業時間外学習へのアドバイス
テキストに沿って予習し,疑問点などを明確にして授業に臨むこと.
課題は学習内容の理解・定着のために数回出題するので,しっかりと取組みかつ提出すること.

【成績の評価】
・基準
授業の取組みや毎回の課題に対する取組みを重視する.
具体的な電磁気に関する問題に対して,基礎的事項を正しく適用できるかを合格の基準とする.
・方法
課題の提出(40点満点)と2回の試験(60点満点)の合計(100点満点)が60点以上を合格とする.

【テキスト・参考書】
テキスト:杉山忠男,「物理チャレンジ独習ガイド」,丸善出版
参考書:入江捷廣,「リメディアル大学基礎物理」,講談社
参考書:細川貴英,「微積で解いて得する物理」,オーム社
参考書:和田純夫・大上雅史,高校物理のききどころ2「電気と磁気」,岩波書店
参考書:数研出版編集部,「もういちど読む数研の高校物理 第2巻」,数研出版
参考書:為近和彦,「高校生が感動した物理の授業」,PHP研究所
参考書:為近和彦,「もう一度高校物理」,日本実業出版社
参考書:川村康文,「ドリルと演習シリーズ 基礎電磁気学」,電気書院
参考書:佐野元昭,「新・基礎 電磁気学」,サイエンス社
参考書:小出昭一郎,「物理学」,掌華房

【その他】
・学生へのメッセージ
課題にしっかりと取組むこと.
・オフィス・アワー
毎週金曜日16:00~17:00,6号館6階603号室

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