電磁気学１演習Ａ B組

Electromagnetism 1, Problem Solving A B組

9915D19

15PHELE103

石垣　賢卯、齋藤　智彦

Saitoh, Tomohiko and Ishigaki, Kento

2024年度前期

1st semester, 2024

金曜4限

4th period, Friday

理学部第一部　応用物理学科

Department of Applied Physics, Faculty of Science Division Ⅰ

1.0単位

演習

Seminar

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⑤ [対面]ブレンド型授業/ [On-site] Blended format (must include 50%-or-more classes held on-site)

電磁気学1Aの講義に沿って問題演習を行います。
　授業前半は、履修学生が自ら問題解答を試みます。ただし、試験問題を解くようにではなく、教員・TAへ質問したり、教科書や参考書を調べたり、学生間で議論したり、等、interactiveな時間となるよう心掛けてください。解いた結果はその場で、写真に撮ってLETUSに提出します。提出物は評価対象となりますが、答の正誤よりも取り組みを重視して評価します。

　授業後半は、教員による問題の解答解説を行います。

電磁気学1Aの講義を理解するために問題演習を行い、基本的問題が解けるようになることが本演習の目的です。
　本演習は、本学科のディプロマポリシーに定める「物理学及びその応用分野を含めた科学についての十分な基礎学力と高度な専門的知識を身につけた人材」を育成するための科目です。

(1) 電磁気学で扱う物理数学、即ち偏微分・多重積分・基礎的ベクトル解析等が使えるようになる。
(2) クーロンの法則とガウスの法則を説明できるようになる。
(3) 導体の性質、および導体内外の静電場の振る舞いを説明できるようになる。
(4) 導体外の電場を求める為の鏡像法が利用できるようになる。
(5) 直流回路の基本的動作を説明できるようになる。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

前提とする知識：　電磁気学1A講義で前提とするもの、及び受講日までの電磁気学1A講義の内容。

小テストの実施　Quiz type test／ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion

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準備学習：教科書・講義ノートによる予習を毎回1時間程度。
復習：教科書と講義・演習ノートを用いて毎回2時間程度。毎回必ず自分で手を動かして計算を確認してください。

・第1回〜第14回の各回の演習課題への取り組み：30%
・第15回授業時に行う到達度評価：70%

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

(0)　兵頭俊夫　「電磁気学（増補修訂版）」（裳華房2021）および講義ノート
https://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN978-4-7853-2274-8.htm
　講義の教科書。必ず持ってきて下さい。なお、2022年度から、教科書が「増補修訂版」となって新しくなっています。（旧版は赤、増補修訂版は青の表紙です。）注意してください。
(1) 荒木修・齋藤智彦　著　「本質から理解する数学的手法」（裳華房2016）
https://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN978-4-7853-1570-2.htm
　理工系の大学の主に1, 2年次に登場する数学についての解説です。特に3-5章は本講義での数学の解説を基にしているので、講義とほぼ同じ内容です。なお電子版もあります。
(2)　前野昌弘　著　「よくわかる電磁気学」（東京図書2010）
http://www.tokyo-tosho.co.jp/kikan/04/index.html
　同レベルの参考書。分かりやすい良書です。
(3)　砂川重信　著　「物理テキストシリーズ　電磁気学」（岩波書店1987）
https://www.iwanami.co.jp/book/b260765.html
　(4)の「理論電磁気学」の初学者版。本も小さくコンパクトで便利。その分、凝縮された含蓄のある表現があり、(2)よりハイレベルです。
(4)　砂川重信　著　「理論電磁気学 第3版」（紀伊國屋書店1999）
https://www.kinokuniya.co.jp/f/dsg-01-9784314008549
　伝統的名著であり、教科書より進んだ内容も網羅（もうら）した、All in oneの定番教科書です。ハイレベルですがいつまでも使えます。　
(5)　霜田光一・近角聰信　編　「大学演習電磁気学　全訂版」（裳華房 1980）
http://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN978-4-7853-8010-6.htm
　簡潔なまとめと豊富な演習問題。レベル別に並んでいるので、自習しやすく、かつ大学院入試まで使えます。しかしオンデマンド印刷・製本となってしまいました。

以下、教科書の対応する章を[　]で示します。数学の回では、参考書(2)の対応章も示しました。

1.  はじめに・電場とクーロンの法則
内容：講義概要説明と導入。物理学の単位系の説明。ベクトルの復習。これらを用いて、クーロンの法則をベクトル形式で書けるようになる。[1]

2.  数学的基礎（１）
内容：微分と偏微分の本質を理解し、計算できるようなる。[2.1]，参考書(2) 第3章

3.  数学的基礎（２）
内容：テーラー展開、線積分を理解し、計算できるようなる。[2.2, 2.3]，参考書(2) 第2, 3章

4.  数学的基礎（３）
内容：面積分、連続体を理解し、計算できるようなる。[2.3, 2.4]，参考書(2) 第4章

5.  数学的基礎（４）
内容：簡単なベクトル解析とベクトル場の面積分、立体角を理解し、計算できるようになる。[2.4, 2.5, 2.6]，参考書(2) 第4, 1章

6.  ガウスの法則（１）
内容：電束密度・電束・ガウスの法則について理解する。真空の誘電率と電場の強さの関係について理解する。ガウスの法則が重ね合わせの原理を満たしていることを理解する。連続体でないものを粗視化により連続体近似できることを理解する。これらを用いて、連続的電荷分布についてのガウスの法則を理解する。[3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5]

7.  ガウスの法則（２）
内容：極座標系・円柱座標系を学び、使えるようになる。ガウスの法則の応用例を学び、ガウスの法則を適用した例題が解けるようになる。[3.6, 3.7]

8.  静電場と電位（１）
内容：静電ポテンシャルの定義と例を理解する。[4.1]

9.  静電場と電位（２）
内容：ポテンシャルエネルギーの定義と意味を理解する。[4.2]

10.  静電場と電位（３）
内容：典型的な静電ポテンシャルの計算ができるようになる。静電ポテンシャルの勾配が電場の強さを表すことを理解する。[4.3, 4.4, 4.5]

11.  静電場と電位（４）
内容：電気双極子の概念を理解し、その周りの電場と静電ポテンシャルを計算できるようになる。[4.6]

12.  導体と静電場（１）
内容：導体の基本的性質を理解し、その表面近傍の電場が計算できるようになる。[5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5]

13. 導体と静電場（２）
内容：鏡像法について学び、電場が計算できるようになる。さらに導体の静電容量を理解し、一般のコンデンサーの静電容量が計算できるようになる。[5.6, 5.7, 5.8, 5.9]

14. 定常電流と直流回路
内容： 直流回路における電流と電圧の振舞いの基本を理解する。[6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7,6.8]

15. 講義内容に関する到達度の確認と解説
内容：講義内容の到達度の確認と、その解説を行う。

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