Exercises in Electromagnetism I

開講年度

2025Year

開講学期

Second Semester

科目名

Exercises in Electromagnetism I

授業種別

Practice

科目名（英語）

Exercises in Electromagnetism I

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A0400107 Exercises in Electromagnetism I

担当教員

HONDA Tohru

単位数

1.0Credits

曜日時限

Fri.5Period

キャンパス

Hachioji Campus

教室

15-101講義室

学位授与の方針

1 基礎知識の修得 0 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％
3 汎用的問題解決力の修得 20 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

具体的な到達目標

電気力について理解し、ベクトルを用いた計算ができる。また、電界強度、電位の概念について理解し、計算することができる。

受講にあたっての前提条件

電磁気学Ⅰの内容に合わせて演習を実施します。

授業の方法とねらい

電磁気学は応⽤物理学の要となる科目である。電磁気学演習Iでは、電磁気学Iで学習する主要な電磁気現象の内容と基礎となる法則についてイメージの把握と数式による計算ができるようになることが目標である。問題を解く練習をするのも電磁気学演習の役割です。
ベクトルの取り扱い(ベクトル解析)の理解が不可⽋となるので、この習熟も目標である。電磁気学Iとセットで受講することが望ましい。

AL・ICT活用

Support for self-learning using ICT

第1回

授業形態

対面

事前学習

電気⼒についての考え⽅と派⽣する電界、電位の概念を理解する学習を半期にわたって⾏います。基本となるのは、⾼校までの物理および物理学Iです。ニュートンの3法則および微分⽅程式、積分、ベクトル計算が必要となります。しっかり復習しておいてください！

2時間

授業内容

クーロンの法則

　⾼校の物理からおなじみなのですが、「⼒」という物理の概念、それに伴うベクトル表記について学習します。
「電気⼒」という⼒の概念づけ、電荷および電荷量について学びます。また、期末試験を⾏いますが、答案の書き⽅にルールがあります。これについて説明します。演習の授業ではもっと具体的に解説します。セットで受けてください。

事後学習・事前学習

３次元直交座標におけるベクトルの表現、ベクトル和について復習してください。物理でいう、「⼒の合成」です。ベクトルの内積も使います。定義と成分計算ができるように復習しておいてください。解答の書き⽅も重要です。頑張って従ってください。

1.5時間

第2回

授業形態

対面

授業内容

電界

　クーロンの法則は、電荷(点電荷)の存在を認め、２電荷間に働く⼒を法則化していますが、多電荷間に働く⼒とベクトル和について説明し、電界(電場)について学習します。知っている部分と未知の部分が混在すると思うので、ベクトル表現(と成分表記)に慣れてもらいます。また、電気⼒線、電束の概念、電束密度について演習します。

事後学習・事前学習

電束の計算には⾯積分が出てきました。2重積分でもあるので2重積分の復習もしてください。次回は、この計算が中⼼になります。

1.5時間

第3回

授業形態

対面

授業内容

電束についてのガウスの法則

　実は、電束の束ね⽅を⽰した式が法則だったりします。前回の復習も兼ねながら、新しい法則へ学習が進みます。
この法則は、ご利益があってその説明もします。計算するとき、積分の意味を考えると計算が省略されることを⾝につけてください。

事後学習・事前学習

物理学で学習する「仕事」と「エネルギー」の関係が出てきます。しっかりと復習しておいてください。

1.5時間

第4回

授業形態

対面

授業内容

電位(電圧)

　物理学の授業で学習した仕事の定義、エネルギーの定義から電気⼒についてもエネルギーの計算ができます。電位の定義について学習し、電界と電位の関係を道具として使⽤できるようにします。

事後学習・事前学習

⽅向を持つベクトル量での割算はできません。全微分の考え⽅を利⽤して成分で次回考えます。全微分、偏微分の復習をしっかりしておいてください。また、微分演算⼦(∇、ナブラ)が登場します。実際の問題を通じて復習してください。

1.5時間

第5回

授業形態

対面

授業内容

電位の勾配

　電位と電界の関係式を前回学習しました。この式を電位から電界を求める式にするには少々厄介です。全微分の考え⽅を利⽤して導出し、その使⽤⽅法について説明します。

事後学習・事前学習

真空中の議論は、ここまでで終了です。電荷、電界、電束密度、電位などについて例題を交えて復習をしっかりしてください。

1.5時間

第6回

授業形態

対面

授業内容

誘電体と電束密度

　電流が流れる「導体」と電流が流れない「誘電体」があります。真空中では、（点）電荷のみを考えれば電気⼒の計算ができましたが、誘電体中ではどうでしょうか？分極について学習し、その影響について分極率から誘電率、非誘電率について学習し、計算します。

事後学習・事前学習

誘電率によって繋がれる電界と電束密度についてしっかり復習してください。次週は帯電体について学習します。線積分、⾯積分、体積積分について例題を使⽤し、復習してください。

1.5時間

第7回

授業形態

対面

授業内容

帯電物体の電位と電界

　導体表⾯から垂直に電界が出るのですが、「クーロンの定理」について学習します。また、⼤きさを有する帯電物体の扱い⽅を学習し、電束についてのガウスの法則について問題をとき、理解を深めます。

事後学習・事前学習

誘電体中の帯電体についての電位の計算⽅法をしっかり復習してください。例題を利⽤して積分計算に慣れてください。

1.5時間

第8回

授業形態

対面

授業内容

静電容量

　並⾏平板コンデンサの計算結果から、静電容量とその考え⽅について学習する。他の形のコンデンサについての計算法・考え⽅について演習する。

事後学習・事前学習

次週は、演習(プレ期末テスト)です。ここまでのノートをしっかり復習し、教科書の例題を⽤いて、問題を解く練習をしてください。

1.5時間

第9回

授業形態

対面

授業内容

演習(プレ期末テスト)

　期末テストと同様の形式で演習を⾏います。当⽇の指⽰に従ってください。

事後学習・事前学習

プレ期末テスト演習を解き直し、どこでつまずいたか。または、何に気づいて問題を解くことができたかについて検証してください。

1.5時間

第10回

授業形態

対面

授業内容

前回演習の解説

　前回演習の解説をします。答案の作り⽅について詳しく説明します。⼤事なことは考え⽅を⾝につけたかどうかです。考え⽅に着目して受講してください。

事後学習・事前学習

ベクトルの発散について、授業でも扱いますが、復習しておいてください。特にxyz直交座標系での成分計算について⼿を使って例題をといてください。

1.5時間

第11回

授業形態

対面

授業内容

ベクトルの発散と静電界分布

　電束についてのガウスの法則(微分形)を学習し、演習する。この際にベクトル演算⼦の内積(発散)を利⽤する。また、電束についてのガウスの法則・微分形および積分形からガウスの発散定理について理解する。

事後学習・事前学習

電位の勾配、電束についてのガウスの法則・微分形についてもう⼀度、復習してください。また、微分⽅程式の解き⽅を復習してください。

1.5時間

第12回

授業形態

対面

授業内容

電気映像法

　電磁気に限らず物理の計算は、微分⽅程式や積分⽅程式を解くことが多い。全空間で解くことが難しい場合も、領域を限れば、うまく解くこともできる。その考え⽅を学習します。

事後学習・事前学習

微分⽅程式を考えます。速さ、増減の関係、符号について復習してください。

1.5時間

第13回

授業形態

対面

授業内容

電流

　電流は、電荷が時間的に動く(速度を持つ)現象です。ここまでの話は、時間に依存しない電気⼒および関連エネルギーに関する話でした。電磁気IIに向けて時間の要素が加わります。電流と電流密度(ベクトル量)について学習します。

事後学習・事前学習

総まとめとなるので、ノートをもう⼀度⾒返してください。

1.5時間

第14回

授業形態

対面

授業内容

期末テスト

事後学習・事前学習

テキスト、ノートで確認しながら問題を解き直してみてください。

2時間

第15回

授業形態

遠隔（オンデマンド）

授業内容

学習内容の振り返り

　静電気の主な内容を学習しました。ノートで復習してください。

事後学習

授業の振り返り

半期の振り返りをします。各章例題により理解を確認すること。章末の問題にもチャレンジしてください。

2時間

成績評価の方法

各回に⾏う演習(50%)と期末テスト(50%)により評価する。

受講生へのフィードバック方法

KU-LMS上で行います。

教科書

「電磁気学ノート」⻑嶋秀世・伊藤稔(サイエンス社)

参考書

「電磁気学」末松安晴(共⽴出版)

オフィスアワー

オフィスアワー
水曜日15時30分から16時30分まで、八王子5号館806号室。
e-mail: ct11761@ns.kogakuin.ac.jpでアポイントを取ると確実です。

受講生へのメッセージ

受講生へのメッセージ
　電気磁気学は重要な基礎科目であるので予習・復習を確実に実行してください。その週の内容はその週のうちに理解することを心がけてください。数学、物理の過去の勉強がものをいいます。板書は詳しく書くので、ノートでしっかり復習をしてください。

実務家担当科目

Not applicable

実務経験の内容

教職課程認定該当学科

Not applicable

その他の資格・認定プログラムとの関連

Syllabus data