2018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 | T35C |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
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・半導体などの性質、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等によって補う。 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。 |
| 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、運動方程式とガリレイの相対性原理 |
|---|---|
| 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(アインシュタインのアイデア)１：特殊相対性原理と光速度不変性 |
| 第3回 | ＜相対論３＞特殊相対性原理(アインシュタインのアイデア)２：時間と長さの相対性 / ローレンツ変換１：導出と特徴、世界距離、時計の遅れと物体の収縮 |
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| 第7回 | ＜前半まとめ＞ |
| 第8回 | ＜原子と量子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 / 原子の構造：ラザフォードの原子模型、原子核と電子、電子の電荷と質量 |
| 第9回 | ＜原子と量子２＞光と電子：光電効果と光子、電子の干渉とその波動性 |
| 第10回 | ＜原子と量子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 |
| 第11回 | ＜原子と量子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 |
| 第12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 |
| 第13回 | ＜原子と量子６＞原子と分子、金属と絶縁体、半導体 |
| 第14回 | ＜現代的トピックス＞量子論と相対論の宇宙物理に対する例：白色矮星、チャンドラセカール限界、中性子星 / ブラックホールと重力波 |
| 第15回 | 後半まとめ |
その他
| 教科書 |
教科書は指定しなしが、基本的には参考書に挙げた2冊をもとに授業を進める予定
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|---|---|
| 参考書 |
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
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 |
平常点（課題等）約40％、二回のテスト（前半1回：授業中に実施、後半1回：定期試験内に実施）約60％ |
| 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
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| 学生への メッセージ |
質問は歓迎します。 |