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 | ||
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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。 |
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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。 |
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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、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。
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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。
また、適宜資料を授業中に配布する。
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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。
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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。 |