電磁気学入門のシラバス情報

科目名称
Course title(Japanese)
電磁気学入門 科目番号
Course number
62PHELE101
科目名称(英語)
Course title(English)
Introduction to Electromagnetism
授業名称
Class name
電磁気学入門
教員名 鈴木 英之
Instructor Hideyuki Suzuki
開講年度学期 2022年度 前期
Year/Semester 2022, first semester
曜日時限 火曜1限
Class hours Tuesday, 1st period
開講学科
Department
理工学部 物理学科
Department of Physics
外国語のみの科目
(使用言語)
Course in only foreign
languages (languages)
-
単位
Course credit
2.0 授業の主な実施形態
Main class format
対面授業/On-site class
概要
Descriptions
静電気学を主な題材として、ベクトルや微積分を用いた電磁気学の入門講義を行う。
目的
Objectives
静電気学の基礎的現象の物理的意味を理解し,その数学的解析力を身につけることを目的とする。
学科のディプロマ・ポリシーの
「2.物理法則の確実な理解(基礎学力)と体系的な専門知識を有し、それを応用できる。」
を達成することを目標とする。
到達目標
Outcomes
静電場の基本法則の理解と数学的解析力を習得し、この講義に続く電磁気学A・B等の習得に困難がない程度の学力・学習習慣を身につける。 以下の設問について全て模範解答を示すことができるようになること。

[1] 以下の形状のものに電荷が一様に分布している。無限に長い直線上、無限に広い平面上、球殻上、球内。対象のものを微小区間に区切り、積分を行うことで、生じる電場を求めよ。
[2] [1]の状況で生じる電場を、ガウスの法則を用いて求めよ。
[3] 円周上もしくは円盤上に電荷が一様に分布している。円周もしくは円盤を微小区間に区切り、積分を行うことで、円周もしくは円盤の中心軸上に生じる電場を求めよ。
[4] [3]で求めた電場の、じゅうぶん遠方からの近似式を求め、その物理的意味を説明せよ。
[5] 保存力がどのような力か説明せよ。
[6] 静電場が保存力であることを説明せよ。
[7] 静電ポテンシャル(電位)とは何か説明せよ。
[8]点電荷のつくる静電ポテンシャルを求めよ。
[9] [1-3]の状況における静電ポテンシャルを求めよ。
[10] 電場が等電位面に対して垂直であることを示せ。
[11] ガウスの定理とストークスの定理を導け。
[12] ベクトルの発散と回転の意味を説明せよ。
[13] 電荷分布と境界条件が与えられたよき、ポアソン方程式の解が一意であることを示せ。
[14] 電気双極子を一様電場中においたときの静電エネルギーを求め、双極子の安定性・不安定性について論ぜよ。
[15] 与えられたベクトル場が静電場かどうかを判別せよ。
[16] 与えられた電場ベクトルに対して、線積分を行い、静電ポテンシャルを求めよ。
履修上の注意
Course notes prerequisites
【重要】 毎回の講義の後、ノートを見直し、参考書の演習問題等を解くことによって必ず復習を行うこと。
アクティブ・ラーニング科目
Teaching type(Active Learning)
課題に対する作文
Essay
小テストの実施
Quiz type test
ディベート・ディスカッション
Debate/Discussion
- グループワーク
Group work
-
プレゼンテーション
Presentation
- 反転授業
Flipped classroom
-
その他(自由記述)
Other(Describe)
-
準備学習・復習
Preparation and review
復習:ノートの見直し・整理、演習問題等に取り組む。
成績評価方法
Performance grading
policy
課題・小テスト(2割ほど)と試験にて評価する。
学修成果の評価
Evaluation of academic
achievement
・S:到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A:到達目標を十分に達成している
・B:到達目標を達成している
・C:到達目標を最低限達成している
・D:到達目標を達成していない
・-:学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S:Achieved outcomes, excellent result
・A:Achieved outcomes, good result
・B:Achieved outcomes
・C:Minimally achieved outcomes
・D:Did not achieve outcomes
・-:Failed to meet even the minimal requirements for evaluation
教科書
Textbooks/Readings
・教科書を使用する場合は、MyKiTS(教科書販売サイト)から検索・購入可能ですので以下のURLにアクセスしてください。
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
 
・Search and purchase the necessary textbooks from MyKiTS (textbook sales site) with the link below.
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
参考書・その他資料
Reference and other materials
「電磁気学」横山順一著
授業計画
Class plan
1 電場、ベクトルの取り扱い、クーロンの法則、単位系
   ・近接作用という考え方を理解し、電場を導入する。
   ・ベクトルの性質を理解し、スカラー積(内積)・ベクトル積(外積)等を計算できる。
   ・クーロンの法則を理解する。
   ・力学・電磁気学で使用する単位系を理解する。

2 いろいろな静電場
   ・連続分布する電荷のつくる電場を計算できる。

3 電気力線、ガウスの法則
   ・ガウスの法則を導くことができる。

4 ガウスの法則の応用例
   ・ガウスの法則を利用し、電場を求めることができる。

5 微分形のガウスの法則1
   ・ガウスの定理を理解する。
   ・発散の意味を理解する。

6 微分形のガウスの法則2
   ・微分形のガウスの法則を理解する。
   ・微分形のガウスの法則を利用することができる。

7 保存力の条件、渦なしの法則1
   ・保存力の性質を確認し、静電場の渦なしの法則を理解する。

8 保存力の条件、渦なしの法則2
   ・回転の意味を理解する。

9 微分形の渦なしの法則
   ・ストークスの定理を理解する。
   ・微分形の渦なしの法則を理解する。

10 静電ポテンシャル
   ・静電ポテンシャルを理解し、実際に計算できる。

11 ポアソンの方程式
   ・ポアソンの方程式を理解し、利用できる。
   ・ポアソンの方程式の解の性質を理解する。
   ・解の一意性について理解する。

12 静電エネルギー
   ・静電エネルギーを理解し、実際に計算できる。

13 電気双極子
   ・電気双極子の性質を理解する。
   ・多極子展開の考え方を学ぶ。

14 静電場の性質のまとめ
   ・静電場の基本法則を理解する。
   ・今後学習する静磁場、時間変化する静磁場について概要を学ぶ。

15 到達度評価・総括

なお、途中で小テストなどを行う場合がある。
教職課程
Teacher-training course
本科目は、教育職員免許状取得(教科:理科)に必要な教科に関する科目の「物理学」区分に該当します。
ただし、教科に関する科目区分については、入学年度により異なるため、各自、入学年度または適用となる年度の学修簿により確認をしてください。
実務経験
Practical experience
-
教育用ソフトウェア
Educational software
-
備考
Remarks
9962208
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