音と光
担当教員
授業の到達目標及びテーマ
音と光は情報伝達に欠かせない物理現象であり、情報科学の応用分野にはこれを扱うものがたくさんあります。本講の目的は、古典的な音と光の特性を知り、関連する現象を科学的に表現・理解することにあります。
本講の内容を理解するために、「自然科学の基礎」「微分法の基礎と応用」「線形代数の基礎」を先修科目とします。さらに「積分法の基礎と応用」の内容をマスターしておくと履修が容易になります。
授業の概要と方法
音と光の現象に共通な構造は振動と波動です。現象を数式を用いて扱う能力を養うため、講義を聞くだけでなく自ら問題を解くようにしてもらいます。その答えの正誤を確認するだけでなく、思考の過程を表現するトレーニングにも時間を割きたいと考えます。
授業計画
前期
| 回 | テーマ | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | 音と光 | 音・光と現実世界の関わりを概観し、本講で学ぶ数学と物理の必要性について理解を深めます。 |
| 2 | 周期運動の記述 | ・さまざまな周期運動 ・サイン関数 ・フーリエ級数 |
| 3 | 単振動 | ・単振動の物理 ・振り子 ・非調和振動 |
| 4 | 減衰振動 | ・摩擦による減衰 ・減衰振動の種類 ・単振動との比較 |
| 5 | 強制振動と共鳴 | ・外部からの周期的な力 ・強制振動の動き ・共鳴 |
| 6 | さまざまな波 | ・物質を伝わる波 ・真空を伝わる波 ・波の性質 |
| 7 | サイン波 | ・式が表す現象 ・波の諸量 ・波動方程式 |
| 8 | 弦を伝わる横波 | ・弦を伝わる波の式 ・速さ ・エネルギー |
| 9 | 波の干渉 | ・重ね合わせの原理 ・重ね合わせによる波の遅れ ・定在波,境界条件 ・干渉縞 ・うなり |
| 10 | 基準振動 | ・弦の振動モード ・フーリエ級数展開 |
| 11 | 音波 | ・空中を伝わる音波 ・縦波、粗密波 ・圧縮波 ・サイン波の式が表す量 |
| 12 | 耳の構造と音 | ・音の知覚 ・流体中の音波 ・固体中の音波 ・音の強度 ・デシベル |
| 13 | 光 | ・電磁波と光 ・光の速さ、波長と振動数 ・偏光 ・光の伝播、屈折、反射 ・光の吸収と放出 |
| 14 | 幾何光学 | ・光波と光線 ・フェルマーの原理 ・光線の追跡 |
| 15 | 波動光学 | ・ホイヘンスの原理 ・干渉と回折 ・散乱 |
授業外に行うべき学習活動
各回ごとに課題を出します
テキスト
配布します
参考書
なし
成績評価基準
課題提出と小テストによる平常点(50点)と期末テスト(50点)の合計