2020年 理工学部 シラバス - 教養教育・外国語・保健体育・共通基礎
設置情報
| 科目名 | 現代物理学 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 一般教育 | 学年 | 2年 |
| 担当者 | 三島 隆 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 水曜5 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | T35B |
| クラス | |||
概要
| 学修到達目標 | 現代における自然科学の探求は、宇宙や星の進化から、材料科学の基礎となる金属・半導体などの物性、原子・分子の振舞い、原子核そして素粒子の探究まで多岐にわたっている。これらの礎となっている学問が相対論と量子論である。この授業では相対論と量子論はどのような学問なのか、基礎的なアイデアを中心に説明する。また、適宜最先端のトピックスについて解説する。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
授業形態は板書を主体とするが、内容量が多いため適宜スライドを用いながら行う。また資料プリント等によって授業を補完する。前半で相対論(種に特殊相対論)、後半で量子論を主に扱う。理解の程度を把握するため、適宜簡単な課題(小テストやレポート)を課す。課題については授業のとき解説を行う。 |
| 履修条件 | 「物理学I,II」あるいは、「力と運動の物理学I,II」、「熱とエントロピーの物理学」や「電気と磁気の物理学」と同等の基礎物理学の知識を前提とする。 |
授業計画
| 第1回 | ＜ガイダンス＞授業の進め方、現代物理学とはなにか、＜相対論１＞アインシュタイン以前１：空間と時間、ニュートン力学とガリレイの相対性原理 【事前学習】（120分）シラバスをよく読んで、この講義の目標と進め方についてあらかじめ理解しておく。次に、第1回の授業で取り上げる内容について参考書やインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料・ノートを用いて復習を行う。 |
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| 第2回 | ＜相対論２＞アインシュタイン以前２：電磁波とエーテル、マイケルソン‐モーレーの実験とその意味 / 特殊相対性原理１：特殊相対性原理と光速度不変性 【事前学習】（120分）第2回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第3回 | ＜相対論３＞特殊相対性原理２：時間と長さの相対性 / ローレンツ変換１：導出、世界距離、時計の遅れと物体の収縮 【事前学習】（120分）第3回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第4回 | ＜相対論４＞ローレンツ変換２：速度の変換、ドップラー効果、ローレンツ変換の4次元的定式化、4元ベクトル 【事前学習】（120分）第4回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第5回 | ＜相対論５＞ローレンツ変換３：ローレンツ変換の4次元的定式化(続き)、4元ベクトルとその変換性 【事前学習】（120分）第5回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第6回 | ＜相対論6＞相対論的力学：相対論的運動方程式の定式化、物体の運動量とエネルギー 【事前学習】（120分）第6回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第7回 | ＜量子論1＞古典物理の綻びと新しいアイデア：結晶の比熱、黒体輻射、プランク定数、ラザフォードの原子模型 【事前学習】（120分）第7回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第8回 | ＜量子論2＞光と電子：光電効果と光子、電子の干渉とその波動性 【事前学習】（120分）第8回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第9回 | ＜量子論3＞状態と波動関数：波動関数、重ね合わせの原理、不確定性原理と相補性 【事前学習】（120分）第9回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第10回 | ＜量子論4＞電子の従う方程式：シュレディンガー方程式、閉じ込められた電子 【事前学習】（120分）第10回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第11回 | ＜原子と量子5＞水素原子の電子：エネルギーの量子化(ボーアの量子化条件)、励起した水素原子 【事前学習】（120分）第11回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 |
| 第12回 | ＜原子と量子6＞パウリの原理、原子と分子 【事前学習】（120分）第12回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第13回 | ＜原子と量子7＞金属と絶縁体、半導体 【事前学習】（120分）第13回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分）参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第14回 | ＜現代的トピックス＞量子論と相対論の宇宙物理への応用：白色矮星、チャンドラセカール限界 【事前学習】（120分）第14回の授業で取り上げる内容について参考書、配布資料、ノートやインターネット等で確認しておく。 【事後学習】（120分））参考書や配布資料、ノートを用いて復習を行う。 |
| 第15回 | 後半のまとめテストとその解説 【事前学習】（180分） まとめテストに備えて、第7回から第14回について授業中に指示した問題について参考書、講義ノート、配布資料等を用いて、復習し自分の考えをまとめておく。 【事後学習】（60分） この講義で学んだことの総まとめをする。 |
その他
| 教科書 |
教科書は指定しないが、基本的には下記の参考書をもとに板書とスライドによって授業する。適宜、配布プリント等を配布し授業を補完する。
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| 参考書 |
和田 純夫 『相対論の基礎』 グラフィック講義 サイエンス社 2012年 第1版
中野董夫 『物理入門コース９ 』 相対性理論 岩波書店 2017年年
笠潤平・笠耐（訳） 『トス先生の物理教室』 原子物理 丸善出版（休刊） 2008年年
江沢 洋 『現代物理学』 朝倉書店 1996年 第1版
その他の参考書については、授業中に指示する。
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| 成績評価の方法 及び基準 |
出席を前提とし平常点による。授業中の簡単な確認課題等：約40％、前半(相対論)1回のレポートテスト：約30％、後半(量子論)1回のまとめテスト：約30％ |
| 質問への対応 | 授業後に対応するが、研究室やメイルでも対応する。 |
| 研究室又は 連絡先 |
船橋校舎 1号館2階121A メイルアドレスと研究室の電話番号は授業中に指示 |
| オフィスアワー |
火曜 船橋 17:00 ～ 18:00 船橋校舎1号館2階121Aにて対応、都合がつかない時は別に指示する。
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| 学生への メッセージ |
質問は歓迎します。遠慮なく聞いてください。 |