電気と磁気
担当教員
授業の到達目標及びテーマ
いろいろな電磁気現象とそこから導かれる基本法則を順次学んでいきます。また、日常的に起きる電磁気現象を基本法則から理解することも試みます。
授業の概要と方法
この授業では1年前期で学んだ力学と微積分学が基礎知識・能力として要求されます。三次元空間の位置と時間を変数としたベクトルの微積分により電磁気現象を数学的に表す必要があるからです。 力学の授業と同様に、ここでも数学を用いて考える訓練をします。とくに微積分の式が語る内容を読み取るのがテーマです。 各回の授業に対する予習は大変に重要です。教科書の対応する部分には、どのような現象と法則について書かれているか、どのような論理でどのような結論が導かれているか、新しく導入された用語や概念は何かを予習してください。 予習では「授業中にどんな質問をしようか」と考えるようにしてください。
授業計画
| 回 | テーマ | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | 電荷と電流 | 電磁気現象が電荷と電流だけによって引き起こされることを確認します。 |
| 2 | 電荷保存則 | 電荷の動きが電流であり、電荷は不生不滅であることから導かれる電流と電荷分布の特徴について考察します。 |
| 3 | 電荷に作用する力 | クーロンの法則と重ね合わせの原理を学びます。 |
| 4 | 電気力線と静電場 | 電荷に作用する力の源を静電場(空間の性質)として理解します。 |
| 5 | 荷電粒子の運動1 | 静電場による荷電粒子の運動の様子を学びます。 |
| 6 | エネルギーと電位 | 静電気力の位置エネルギーと電位、電位と電場を導入します。 |
| 7 | 金属の静電誘導 | 金属の電荷が誘導される現象の理解を深めます。 |
| 8 | 電気双極子と誘電体 | 誘電体のモデルを学びます。 |
| 9 | 誘電体の静電誘導 | 誘電体に分極が生じる現象を理解します。 |
| 10 | 電気容量 | コンデンサーの性質とコンデンサーに蓄えられる電気的エネルギーについて学びます。 |
| 11 | 電気抵抗 | オームの法則と簡単な直流回路を理解します。 |
| 12 | 磁石と磁荷 | 磁石の性質について知識をまとめます。 |
| 13 | 磁力線と磁場 | 磁石に作用する力の源を磁場(空間の性質)として理解します。 |
| 14 | 電流がつくる磁場 | ビオサバールの法則とアンペールの法則を学びます。 |
| 15 | 荷電粒子の運動2 | ローレンツ力と磁場の定義、電流の定義を学びます。 |
授業外に行うべき学習活動
担当教員が指定する予習と復習の課題
テキスト
東京化学同人、 大学生のための基礎シリーズ4、物理学入門 II .電磁気学 (狩野、市村共著)
参考書
http://cis.k.hosei.ac.jp/~kano を参照。成績評価基準
レポートと小テストの評点(50%)、期末試験(50%)の総点で評価します。
前年度の授業改善アンケートからの気づき
物理が好きな人に好評です。