授業科目名	応用物理学
時間割番号	TME204
担当教員名	青柳　潤一郎
開講学期・曜日・時限	前期・月・III	単位数	2
＜対象学生＞
(未登録)
＜授業の目的＞
基礎物理学I および II では力学を、線形代数I および II ではベクトル解析の基礎を、微分積分学I および II では微分積分の基礎を学んでいる。本講義はその次の段階の基礎教育科目として、物理学の分野の一つであり、工学を学ぶ上での基礎知識でもある電磁気学を題材とする。特に電磁気学は、その物理現象の表記や問題解答のためにベクトル解析や線積分・面積分・体積積分を使うことが必須になる。この考え方は、機械工学における熱や流体の物理現象を考える上でも非常に重要となる。そこで本講義の目的は、電磁気学の知識を身につけるとともに、物理現象をベクトル解析や微分積分のテクニックを使って表現する手法を理解することである。
＜本授業科目による獲得・涵養が特に期待されるコンピテンシー＞（能力・資質）
工学部>機械工学科向け 記号 コンピテンシー（能力・資質）   ME-A 専門 基礎的・専門的学力や論理的な表現力さらにコミュニケーション能力を修得し、科学的知見と技術を総合して社会的課題を解決する能力を身につける。 ○
＜到達目標＞  到達目標とは
目標NO 説明 コンピテンシーとの対応 ME 1 ベクトル解析の基礎計算（単位ベクトル導出、和差、内積、外積）ができる。 ME-A 2 線積分、面積分、体積積分の考え方を説明できる。 ME-A 3 点電荷が作る電場をベクトルで表したり、電気力線で電場を表すことができる。 ME-A 4 静電場におけるガウスの法則（積分形）や電場の線積分の性質、電荷の移動を説明できる。 ME-A 5 積分形で求めた静電場の性質を微分形で表記できる。 ME-A 6 静電場の性質から、電位（静電ポテンシャル）の存在を導き出して、静電場と電位の関係を説明できる。 ME-A 7 目標No.1~6までの内容を振り返り、不明な点を明らかにして解消できる。 ME-A 8 平行電流間に生じる力を求め、定常電流の保存則を微分形と積分形で表すことができる。 ME-A 9 定常電流が周囲に作る静磁場を求め、磁場のガウスの法則とアンペールの法則を説明できる。 ME-A 10 電気双極子が周囲に作る静電場を求めることができる。磁気双極子と等価な微小円形電流を求めることができる。 ME-A 11 コンデンサの性質を説明し、静電容量や静電エネルギを求めることができる。 ME-A 12 電磁場が時間的に変動する場合のガウスの法則とアンペール・マクスウェルの法則を求めたり、磁束の性質を説明できる。 ME-A 13 ファラデー・マクスウェルの法則を求め、コイルを貫く磁束が変動する際に発生する起電力を求めることができる。 ME-A 14 波動方程式の表現の意味を理解し、その性質を利用してマクスウェル方程式から電磁波の存在を導き出せる。 ME-A 15 目標No.8~14までの内容を振り返り、不明な点を明らかにして解消できる。 ME-A
＜成績評価の方法＞
目標No 割合 評価の観点 1 6% 授業内容や課題に関するレポート 2 6% 授業内容や課題に関するレポート 3 6% 授業内容や課題に関するレポート 4 6% 授業内容や課題に関するレポート 5 6% 授業内容や課題に関するレポート 6 6% 授業内容や課題に関するレポート 7 11% 目標No.1~6に関する内容や課題のレポート 8 6% 授業内容や課題に関するレポート 9 6% 授業内容や課題に関するレポート 10 6% 授業内容や課題に関するレポート 11 6% 授業内容や課題に関するレポート 12 6% 授業内容や課題に関するレポート 13 6% 授業内容や課題に関するレポート 14 6% 授業内容や課題に関するレポート 15 11% 目標No.8~14に関する内容や課題のレポート 合計 100%
＜授業の方法＞
・事前に配布するスライドを使って授業を進めるので、事前に内容を確認しておくこと。 ・毎回、宿題課題や講義中の演習と、各講義で学習した内容をまとめ、レポートとして作成してもらう。 ・上記のレポートは、毎回の講義終了後の指定した期間内にmoodle経由で提出して評価点とする。 ・締め切りを過ぎたレポートは受理しない。
＜受講に際して・学生へのメッセージ＞
「基礎物理学IおよびII」で学ぶ力学を十分に理解していること。 「線形代数IおよびII」でも学ぶベクトル解析の基礎（単位ベクトル、和差、内積、外積）を十分に理解していること。 「微分積分学IおよびII」でも学ぶ微分積分学の基礎を十分に理解していること。 予習復習を十分にする時間を作ること。 勉強を進めていく中で、以上に関する内容を含めて、講義の理解が不足していると感じた場合に、積極的に理解度を高めるための努力をする覚悟を持つこと。
＜テキスト＞
教科書は指定しない。複数の参考書をベースした資料を適宜用いる。
＜参考書＞
砂川重信, 電磁気学の考え方（物理の考え方２）, 岩波書店, ISBN:4000078925, (授業スライドのほとんどはこの参考書ベースである。) 宮崎照宣、加藤宏朗, よくわかる電磁気[第4版], 日刊工業新聞社, ISBN:9784526073083, (電磁気学の教科書だが、最初にベクトルの話が丁寧に書いてある。) 砂川重信, 電磁気学［改訂版］初めて学ぶ人のために, 培風館, ISBN:4563022373, (参考書1を、さらに分かりやすくしたもの。)
＜授業計画の概要＞
1 タイトル 01　ベクトルの基礎（和差、内積、外積など）と物理現象への適用 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 ベクトルの基礎を確認する。 2 タイトル 02　線積分と面積分と体積積分 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 線積分、面積分、体積積分の考え方を確認する。 3 タイトル 03　クーロンの法則、「場」の考え方、静電場と電気力線 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 点電荷が周囲に作る電場の性質を解説する。 4 タイトル 04　静電場の性質（ガウスの法則、ファラデー・マクスウェルの法則） 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 立体角の定義を確認した後、電場を面積分した際の性質を順を追ってガウスの法則（積分形）を求める。 電場を線積分した性質から、静電場におけるファラデー・マクスウェルの法則（積分形）を求める。 5 タイトル 05　発散(div)と回転(rot)の定義と静電場への適用、ガウスの定理、ストークスの定理 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 面積分と線積分を微小領域で考えて、ベクトルの発散(div)や回転(rot)を使ってガウスの法則と静電場におけるファラデー・マクスウェルの法則を微分形で表す。 ガウスの定理とストークスの定理を解説する。 6 タイトル 06　勾配(grad)の定義、静電ポテンシャル 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 勾配ベクトルの定義と性質を解説する。 静電ポテンシャルを解説し、勾配(grad)を使った表記を解説する。 7 タイトル 07　これまでの振り返り 事前学習 事後学習 moodleで事前にレポート課題を公開するので、第1回～第6回までの資料を参考に解答する。 授業内容 第1回～第6回までの内容を確認して、不明な点を質疑応答や自習により解消させる。 8 タイトル 08　電流の定義、定常電流、電流に作用する力 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 平行電流間に働く力を解説する。 定常電流の保存則を解説する。 9 タイトル 09　静磁場：電場と磁場、磁場と電流、磁場のガウスの法則、アンペールの法則 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 平行電流間に働く力から、電流が周囲に作る磁束密度を定義して、その性質を解説する。 磁束密度を一周積分した性質からアンペールの法則を解説する。 磁場のガウスの法則を解説する。 10 タイトル 10　電気双極子、磁気双極子と微小円形電流 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 電気双極子の定義を確認し、それが作る電場を求める。 磁荷の定義を確認し、磁気双極子と閉電流が等価になる条件を解説する。 11 タイトル 11　導体表面の電荷分布、コンデンサ、静電場のエネルギ 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 導体表面上の電荷の性質を確認する。 コンデンサの性質を解説する。 12 タイトル 12　時間的に変動する電場と磁場：電荷保存則と変位電流、アンペール・マクスウェルの法則、電磁誘導（磁束の性質） 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 時間的に変動する電場と磁場におけるガウスの法則を解説する。 時間的に変動する電流における電荷保存則を解説する。 アンペールの法則を時間変動する場合にも適用して、アンペール・マクスウェルの法則を求める。 ファラデーの電磁誘導の法則から、磁束の定義、性質を解説する。 13 タイトル 13　時間的に変動する電場と磁場：電磁誘導(ファラデー・マクスウェルの法則、コイルに発生する起電力) 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 ファラデーの電磁誘導の法則の続き。ファラデー・マクスウェルの法則を求める。 コイルを貫く磁場が変動する際の、コイルに発生する起電力を求める。 14 タイトル 14　波を表す、マクスウェル方程式と電磁波 事前学習 事後学習 moodleで事前に講義資料を公開するので、授業前に確認し、不明な点を挙げておく。 授業中や授業後のレポートで講義内容を整理する。 授業内容 波動方程式の基本性質を解説する。波数ベクトルの性質を解説する。 電磁場のマクスウェル方程式から、波動方程式を導き、電磁波の存在を示す。 15 タイトル 15　これまでの振り返り 事前学習 事後学習 moodleで事前にレポート課題を公開するので、第8回～第14回までの資料を参考に解答する。 授業内容 第8回～第14回までの内容を確認して、不明な点を質疑応答や自習により解消させる。 16 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 17 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 18 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 19 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 20 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 21 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 22 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 23 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 24 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 25 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 26 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 27 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 28 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 29 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 30 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容
＜備考＞
(未登録)