情報科学部Faculty of Computer and Information Sciences
PHY349KA-GMP-358（物理学 / Physics 300）交流回路と電磁波：周波数・過渡応答、ベクトル解析Time-dependent Electro Magnetism: Frequency/Transient Response, Vector Analysis
秋野 喜彦Nobuhiko AKINO
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 情報科学部Faculty of Computer and Information Sciences |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2022 |
| 授業コードClass code | J0020 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 春学期授業/Spring |
| 曜日・時限Day/Period | 木1/Thu.1 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 / Koganei |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | 2 |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| 選択・必修Optional/Compulsory | |
| カテゴリー（2022年度以降入学者）Category (2022~) | |
| カテゴリー（2021年度以前入学者）Category (~2021) | |
| カテゴリーCategory |
専門教育科目 科学基礎科目 |
すべて開くShow all
すべて閉じるHide All
Outline (in English)
【Course Outline】
The aim of this class is to study some advanced mathematical techniques based on electromagnetism. The techniques are useful not only for physics, but also for applications in information science. This class will mainly focus on time dependent electromagnetic phenomena.
【Learning Objectives】
1. To be familiar with the use of complex exponetial functions
2. To understand the Laplace transformation and its application to the differential equations
3. To understand the basics of vector analysis which are necessary for the Maxwell equations in the differential forms
4. To understand the meanings of Maxwell equations and electromagnetc waves
【Learning activities outside of classroom】
Students will be expected to have completed the required assingments after each class meeting. Four hours will be your standard study time for this class.
【Grading Criteria/Policies】
Overall grade in this class will be decided based on the followings;
Assingments: 15%, Quizes in each class: 15%,
Mid-term examination: 20%, Final examination: 50%
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
電磁気学の題材を使って，少し進んだ数学の手法を学ぶのが目的です．ここで学ぶ数学は物理に限らず，情報科学の応用分野を含めて非常に広い範囲に使えるものです．「電気と磁気」では時間的に変動がない電気現象を扱いましたが，この講義の題材は，時間的に変化する電磁気現象に注目します．
到達目標Goal
１．交流回路のサイン波電流電圧における応答特性を調べる手法として，複素指数関数の取り扱いと複素インピーダンスの意味を理解します．
２．ラプラス変換及びそれを用いた微分方程式の解法を学びます．
３．波の性質と，波を記す波動方程式を学びます．つぎに電磁気現象をマクスウェル方程式により表します．それらの式を変形するために必要なベクトルの微分法を学び，波動方程式を導きます．
４．マクスウェル方程式から推察できる電磁波の性質を概観し，日常的に経験する光や電磁波の性質を理解します．
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち「DP1」と「DP4-2」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
通常の講義に加え，演習課題となる問題を配布し解答を解説します．また，理解を深めるために課題を解き，提出してもらいます．課題等の提出は「学習支援システム」を通じて行う予定です．また課題や試験問題の中から，理解度や重要性に応じて適宜解説・フィードバックします．
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
あり / Yes
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
No.1[対面/face to face]：直流回路
前期の復習と交流回路への準備として，キルヒホッフの法則を学びます．法則の物理的な意味を理解し，簡単な直流回路の解析をします．
No.2[対面/face to face]：交流素子
サイン波の交流電流や電圧を表す式，実効値について学びます．
抵抗，コンデンサー，コイルの電流・電圧特性を復習します．
No.3[対面/face to face]：複素表示
複素指数関数の使い方を学びます．複素数を基本から復習し，複素電流や複素電圧が意味するものを理解し，その使い方を学びます．
No.4[対面/face to face]：交流回路のインピーダンス
交流回路網を調べるために必要な，素子の合成に関する規則を学び，有効電力，共振について理解します．
No.5[対面/face to face]：微分方程式入門
定係数線型の微分方程式の一般的な特徴を学びます．
No.6[対面/face to face]：ラプラス変換の基礎
ラプラス変換の基礎を学び，いろいろな関数を変換してみます．
No.7[対面/face to face]：ラプラス変換による微分方程式の解法
ラプラス変換と逆変換によっても，微分方程式が解けることを体験します．
No.8[対面/face to face]：回路の過渡応答
コンデンサーの充電や放電，共振回路の自由振動など，LCR回路の過渡応答に注目して数学的な解が持つ意味を物理的に理解します．
No.9[対面/face to face]：マクスウェル方程式とベクトル解析 １
前期に学んだ電磁気現象の基本法則を微分の式で表します．
No.10[対面/face to face]：マクスウェル方程式とベクトル解析 ２
マクスウェル方程式の変形に必要なベクトルの微分法を学びます．
No.11[対面/face to face]：波動方程式
サイン波だけでない一般的な波を数学的に表す方法を学びます．
波を理解するための基本概念である縦波・横波，震幅，位相速度，波面などを学びます．
No.12[対面/face to face]：電磁波の存在
マクスウェル方程式から電場と磁場の波動方程式を導きます．
No.13[対面/face to face]：電磁波の性質 １
光速度の推定と測定，電磁波の偏光，電場と磁場の関係を学びます．波動の伝播を直観的に知るためホイヘンスの原理を学びます．干渉，解説，反射，屈折などを理解します．
No.14[対面/face to face]：電磁波の性質 ２
荷電粒子の加速度運動が電磁波を発生させることを学びます．
光の反射や散乱についても，電磁波の吸収，最放出，干渉などの支点から理解します．
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
課題：学習支援システムあるいは講義時間中に指示します．
授業時間外学習：本授業の準備・復習・課題等に，各週につき４時間を標準とします．
テキスト（教科書）Textbooks
東京化学同人、 大学生のための基礎シリーズ４、物理学入門 II .電磁気学 (狩野、市村共著)
問題は随時配布します．
参考書References
一般的な電磁気学の書籍であれば参考になります．入門書の例として以下を挙げておきます．
物理入門コース３ 電磁気学Ⅰ （岩波書店）
物理入門コース４ 電磁気学Ⅱ （岩波書店）
成績評価の方法と基準Grading criteria
レポート・ミニテスト・中間試験（50％），期末試験（50％）の総合点で評価します．
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
難易度が高い科目ですが，現実世界のモデルを扱うために必要な数学の力がつきます．頑張りましょう．