現代物理学 (T35G)

日本大学理工学部

2023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	T35G
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、それによりこの世界の見え方がどのように変わったのかを、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。現代物理学における核心となるアイデアが理解できる。またそのアイデアを説明できる。本授業科目はDP1及びCP1に該当しています。
授業形態及び授業方法	「対面授業」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、基本事項の確認用の課題・レポート等を適宜課す。課題の問題は授業中にその都度説明する。授業の出席と課題の提出が評価の前提条件となる。また、板書による授業だがスライドを補助として用いながら行う。ノートは必ず作成すること。
履修条件	駿河台校舎設置の２年次用の教養科目です。「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」の授業と同等の知識があれば理解は深まります。

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）参考書やノートを用いて復習を行う。
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、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、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、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、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、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、前半部分確認用のレポート課題の説明【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、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8回の授業で取り上げる内容について参考書、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9回の授業で取り上げる内容について参考書、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10回の授業で取り上げる内容について参考書、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）参考書やノートを用いて復習を行う。
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、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）参考書やノートを用いて復習を行う。
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12回の授業で取り上げる内容について参考書、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13回の授業で取り上げる内容について参考書、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＞：星の進化のあらまし【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、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＞：前半星の進化の最後(白色矮星、チャンドラセカール限界 )/後半確認のための平常テスト(量子論を中心として出題) 【事前学習】（180分）平常テストに備えて、第7回から第14回について資料・講義ノートを復習し基本事項を理解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、基本的には下記の和書が参考になる。また、適宜授業中に、その他の資料について指示する。
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。また、適宜資料を授業中に配布する。
成績評価の方法及び基準	平常点と平常テストによる。授業の平常点：確認用課題とレポート等(約35%)、最終回に行う平常試験(約65％)
質問への対応	オフィスアワー時に対応するが、授業後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; E-Mail:mishima.takashi@nihon-u.ac.jp
オフィスアワー	木曜船橋 12:30 ～ 13:20 授業が駿河台校舎のため、授業終了後にも必要なら受け付けます。
学生へのメッセージ	質問は歓迎します。メイルでも受け付けます。遠慮なく質問してください。

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