波動と光(クラスD)

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「波動」は日常生活で身近に見られる自然現象で、たとえば音波、光波、電波、水面の波、津波、地震波などがある。これらは物理学の分野で非常に重要な概念である。

本講義では、様々な波動現象が一つの決まった「波動方程式」で記述されること、その波動方程式の解法、波動の基本的な性質について学ぶ。

目標はキーワードに挙げた概念を理解し、使いこなせる事である。

力学第一、力学第二、電磁気学第一、微分積分学第一、微分積分学第二

指定なし

教科書:「なーるほどの波と光」伊東敏雄著 学術図書出版社

「波動と光」のクラス分けは以下の通りです。

*クラスB(山口):電子工学プログラム, 化学生命工学プログラム(0)
*クラスC(庄司):光工学プログラム, 化学生命工学プログラム(1)
*クラスD(浅原):物理工学プログラム, 化学生命工学プログラム(2)
(化学生命工学プログラムの括弧内の数字は学籍番号の下3桁を3で割った余り)
但し、再履修科目などの時間割の都合で、
・他のクラスでの履修を希望する場合
・他のクラスの学生が受講を希望する場合
については、担当教員にメールで問い合わせてください。

クラスD は「物理工学プログラム」と「化学生命工学プログラム」の学生が受講対象です。

第1回 単振動
第2回 連成振動、基準振動
第3回 弦の波、1次元波動方程式
第4回 弾性体、流体中の波
第5回 正弦波、フーリエ級数
第6回 波のエネルギー
第7回 波の反射と透過
第8回 分散と群速度
第9回 中間テストと解説
第10回 電磁波と光
第11回 光の屈折率、偏光
第12回 光の屈折と反射、光線行列
第13回 結像の法則、レンズ
第14回 光の干渉・回折(1)
第15回 光の干渉・回折(2)、まとめ
内容については若干の変更の可能性もあり、その場合は授業の中で説明する。

復習をきちんと行ない、理解できない点を放置しないこと。対応する教科書の部分も読むこと。

授業内容や指定教科書の演習課題などについて、予習・復習を行なうこと。

(a) 成績評価:中間、期末試験を主に評価する。評価基準は、中間、期末試験を両方受験していることを条件に、試験の平均で概ね90点、80点、70点、60点の成績を得た者に対して、それぞれS, A, B, Cを与えるものとする。

(b) 評価基準:以下の到達レベルをもって合格の最低基準とする。
・波動の発生の原理を正しく説明できること。
・さまざまな波動の例における波動方程式とその解を導出できること。
・光速、振動数、波長、波数ベクトル、屈折率など、波動としての光の性質の基礎を正しく説明できること。
・幾何光学の基礎を正しく説明できること。
・光の干渉と回折について基礎を正しく説明できること。

適宜相談に応じるが、なるべく講義の後が望ましい。その他希望される場合はメールでご相談ください。

多くの自然現象はここで学ぶ光・波動の現象が関係しており、また、そうした現象のメカニズムに基づく様々な応用技術も広く展開されています。そうした現象を正しくとらえ、数学的に記述・解析できるようになると、世の中のあらゆる物理現象に対する本質的な理解が深まり、それらを自在に使いこなすことができるようになります。本講義では、そのような強い基礎知識を体得すべく、しっかりトレーニングを積み重ねて欲しいと思います。

「波動と光」のクラス分けは以下の通りです。

*クラスB(山口):電子工学プログラム, 化学生命工学プログラム(0)
*クラスC(庄司):光工学プログラム, 化学生命工学プログラム(1)
*クラスD(浅原):物理工学プログラム, 化学生命工学プログラム(2)
(化学生命工学プログラムの括弧内の数字は学籍番号の下3桁を3で割った余り)
但し、再履修科目などの時間割の都合で、
・他のクラスでの履修を希望する場合
・他のクラスの学生が受講を希望する場合
については、担当教員にメールで問い合わせてください。

クラスD は「物理工学プログラム」と「化学生命工学プログラム」の学生が受講対象です。