2021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 | 土曜3 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | T63I |
| 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 |
「オンデマンド型授業」 今回はスライドを用いた映像授業で行なう。前半で相対論(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、適宜基本事項の確認用の課題(小テストやレポート)を課す。課題については授業中に説明する。授業の視聴と課題の提出が評価の必要条件である。 また、スライドは一種の板書なので必要なことはノートを必ず取ること。また適宜資料（配布資料、インターネットなどの情報）をポータル等に掲載する。 |
| 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：光の速度の有限性、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1 【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＞アインシュタイン以前3：マイケルソン‐モーレーの実験とその意味2 / 特殊相対性原理1：同時刻の相対性 【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＞特殊相対性原理2：時間と長さの相対性(続き) 【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1：ローレンツ変換の導出，速度の変換 【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＞ローレンツ変換2：速度の合成則の応用例 / ミンコフスキー時空と相対論的力学1：ミンコフスキー時空、世界距離 【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 | ＜相対論7＞ミンコフスキー時空と相対論的力学2：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、前半のレポート課題の説明 【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8回 | ＜量子論1＞古典物理の綻びと新しいアイデア1：結晶の比熱、黒体輻射、プランク定数等 【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9回 | ＜量子論2＞古典物理の綻びと新しいアイデア2：光電効果と光量子 【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10回 | ＜量子論3＞原子の構造と原子モデル1：ラザフォードの原子模型、エネルギーの量子化(ボーアの量子化条件) 【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11回 | ＜量子論4＞原子の構造と原子モデル2：励起した水素原子 / 粒子(電子)の波動性：二重スリット実験 【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 | ＜量子論5＞物質の運動状態と波動関数1：状態と波動関数、シュレーディンガー方程式 【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13回 | ＜量子論6＞物質の運動状態と波動関数2：二重スリット再び、不確定性関係等 【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14回 | ＜量子論と相対論の宇宙物理への応用1＞：白色矮星と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 | ＜量子論と相対論の宇宙物理への応用2＞：白色矮星、チャンドラセカール限界 / 後半の補遺と後半のレポート課題の説明、また全体のまとめ窓 【事前学習】（180分） レポート課題に備えて、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、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 |
教科書はとくに指定しないが、基本的には下記の参考書をもとにスライドによって授業する。適宜、配布プリントやインターネット上の資料について指示する。
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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
エステル・トス（著）、笠潤平・笠耐（訳） 『原子物理』 トス先生の物理教室 丸善出版（休刊） 1998年年
江沢 洋 『現代物理学』 朝倉書店 1996年 第1版
その他の参考書等については、授業中に指示する。
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| 成績評価の方法 及び基準 |
視聴を前提とし平常点による。授業中の確認課題等：約50％、前半のレポートテスト：約20％、後半のレポートテスト：約30％ |
| 質問への対応 | 授業後に対応するが、今回はメイルで対応する。 |
| 研究室又は 連絡先 |
船橋校舎 1号館2階121A; 旧日大習志野高等学校校舎212 E-Mail:mishima.takashi@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
火曜 船橋 17:00 ～ 18:00 今回はメイルで随時受け付ける。状況によっては船橋校舎の研究室で受け付ける。ただし、他の校務が入るときは別に指示する。
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| 学生への メッセージ |
質問は歓迎します。遠慮なく質問してください。 |