2025年 理工学部 シラバス - 物理学科
設置情報
| 科目名 | 光学 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 物理学科 | 学年 | 2年 |
| 担当者 | 根來 均 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 火曜4 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M24N |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 観測される光（電磁波）の基本的な性質を種々の原理や電磁気学の諸法則から学び、光に関係する様々な自然現象や機器装置の原理を理解する。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
「対面授業」 授業では、学習到達目標に記した光に関する基本事項についての講義のみならず、日常接する機会が多い様々な光（電磁波）に関する現象や装置についてもその原理から紹介する。また、講義内で演習も行う。 |
| 履修条件 | 高校の物理の光学分野と、大学で学ぶ電磁気学および物理数学の基礎。 |
| ディプロマ・ポリシー（DP）及びカリキュラム・ポリシー（CP）との関連 | 本授業科目はDP3及びCP3に該当しています。 |
授業計画
| 第1回 | 電磁光学の基礎となる電場に関するマクスウェル方程式について説明する。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の電磁気学のところを読み直しておくこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
|---|---|---|---|
| 第2回 | 電磁光学の基礎となる磁場に関するマクスウェル方程式について説明する。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の電磁気学のところを読み直しておくこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第3回 | マクスウェル方程式から波動方程式を導出し、光が真空中では光速で伝搬する電磁波であることを示す。 また、高校で学んだ波（波動）の諸性質を復習する。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の波、光のところを読み直しておくこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第4回 | 波動方程式の例として、平面波、球面波等を取り上げる。また、波動方程式から光が横波であることを理解し、偏光の数学的記述方法を学ぶ。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の波、光のところを読み直しておくこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第5回 | ポインティングベクトルにより電磁波によるエネルギー伝搬を考える。また、光のスペクトルについて学び、我々が感じる色と波長の関係を理解する。電波からガンマ線まで、様々な電磁波（光）の特徴を概観する。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の光のところを読み直しておくこと。また、事前に電磁気学の復習も行うこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第6回 | 第５週に続き、光のスペクトルについて学ぶ。そして、異なる波長の波の重ね合わせから、位相速度と群速度について学ぶ。また、電磁波のフーリエ変換によるスペクトル計算と、光の波（電磁波）と量子性（光子）の関係についても触れる。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第7回 | フェルマーの定理とホイヘンスの原理それぞれから、光の反射屈折の法則（スネルの法則）を導く。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の光のところを読み直しておくこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第8回 | 反射と屈折の問題をさらに掘り下げ、マクスウェル方程式を用いて異なる媒質間での境界条件を求める。それより、反射率や屈折率が求められるフレネルの公式を導く。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の光のところを読み直しておくこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第9回 | 全反射、ブリュースター(偏光)角等、特異な角度とその物理的特性を理解する。また表面波についても解説する。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の光のところを読み直しておくこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第10回 | 幾つかの反射と屈折に関する問題を取り上げる。 | 事前に左記に関連した内容ついて予習と復習を行うこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第11回 | これまで学んだ知識を用いて虹を理解する。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第12回 | 散乱と吸収の扱いについて、双極子放射など微視的(ミクロ)な視点と、光学的厚さによる巨視的(マクロ)な視点から理解する。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第13回 | 散乱と吸収の例として、青空と夕焼けの原因となるレイリー散乱を取り上げる。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 | 授業後には事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第14回 | 復讐を兼ねて、これまで学んだ内容と高校物理での光学分野との関係をまとめる。また、本講義で学んだ内容をベースとした、シャボン玉、ニュートンリング、マイケルソンモーリー実験や重力波観測でも用いれたビームスプリッター、ラウエ斑点、回折理論の基礎を紹介する。 | 事前に左記の内容について予習と復習を行うこと。 特に高校物理の教科書の光のところを読み直しておくこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
| 第15回 | 理解度確認試験を行い、その解説を行う。 | 事前にこれまでの復習を行うこと。 | 事前に１時間、各自の理解に応じて事前事後合わせ４時間 |
その他
| 教科書 |
開講とともに指定する場合があります。
|
|---|---|
| 参考書 |
大津元一・田所利康 『光学入門 ー光の性質を知ろうー』 朝倉書店 2008年 第1版
M.ボルン, E.ウォルフ（草川徹訳） 『光学の原理I,II,III』 東海大学出版 第7版
|
| 成績評価の方法 及び基準 |
第15週の平常試験の結果を中心に評価する。メディア授業が中心となる場合は提出された課題の内容により評価する。 |
|
定期試験等に ついて |
理解度確認期間(１４週目又は１５週目)に平常試験を実施予定 |
| 質問への対応 | 授業中の質問歓迎。 |
| 研究室又は 連絡先 |
negoro.hitoshi@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
火曜 駿河台 16:40 ～ 18:00
|
| 学生への メッセージ |
我々は、目にする全てを光を介して認知していています。そのように光は非常に身近なものですので、その性質を理解して自然や機械装置への理解を深めてください。 |