理学部物理学科

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学習・教育到達目標(2015.12.18改訂)

物理エンジニアコースにおける学習・教育目標は以下である。

(A) ニュートン力学の本質を理解する。
(A-1) ニュートンの運動方程式が理解できる
(A-2) 運動量の概念が理解できる
(A-3) 力学的エネルギーの保存とポテンシャルの概念が理解できる
(A-4) 角運動量が理解できる
(A-5) 質点系の力学が理解できる
(A-6) 剛体の力学が理解できる
(A-7) 単振り子の自由振動が理解できる
(A-8) 有限多自由度の系における振動現象が理解できる
(A-9) 自由度間の相互作用と基準振動について理解し計算できる
(A-10) 定在波と分散関係が理解できる
(A-11) 弦の一般振動を理解し、フーリエ解析が行える
(A-12) 結合振り子系についてその運動を理解できる
(A-13) 摩擦と共鳴について理解できる
(B) 物理を学ぶための数学を使うことができる。
(B-1) 微分、積分の計算を行うことができる
(B-2) 偏微分、重積分を行える
(B-3) 高次の偏導関数を求め、級数の計算ができる
(B-4) 1階の常微分方程式、変数分離、完全微分方程式の計算ができる
(B-5) 線形代数として、ベクトルの内積、外積、行列とその演算が行える
(B-6) 線形代数として行列式、線形写像及び行列の対角化ができ固有値、固有ベクトルを計算できる
(B-7) 2階の常微分方程式、1階還元形及び線形微分方程式の計算ができる
(B-8) ベクトル解析として、3次元ベクトルの微分積分ができる
(B-9) ラプラス変換ができる
(C)物理を学ぶための応用数学として複素関数、フーリエ級数、ラプラス変換等を使いこなせる。
(C-1)フーリエ級数、フーリエ変換を理解し計算できる
(C-2) ラプラス変換ができる
(C-3) 境界値問題や特殊関数について理解し計算できる
(C-4) 複素関数の計算ができる
(C-5) 複素積分ができる
(D)電磁場に関する基本的な概念を理解し、ベクトル解析を用いた電磁気学的な計算を行うことができる。
(D-1) クーロンの法則、ガウスの法則を理解し、電場や電位の計算ができる
(D-2) ポアソン方程式を使える
(D-3) 物質の電気的な性質、電気双極子について理解できる
(D-4) 導体と静電場について理解し、電場強度の計算等ができる
(D-5) コンデンサや誘電体の概念を理解し、電気容量等を求めることができる
(D-6) 電流と磁場の関係を理解し、アンペールの法則、ビオサバールの法則等を用いた計算ができる
(D-7) ベクトルポテンシャルを扱える
(D-8) 磁気双極子の概念が理解できる
(D-9) 電磁誘導について理解し、Maxwellの方程式が扱える
(D-10) 荷電粒子の力学が理解できる
(D-11) 電磁波の方程式が導けて、電磁場のエネルギーの計算ができる
(D-12) ポインティングのベクトルが理解でき、扱える
(E)基礎的な物理実験を行う、または与えられた課題について自分で考えた実験を行うことにより、講義の知識に具体的なイメージをもつと共に、実験レポートの作成、口頭試問を通してそれを他人に説明する技術を修得する。 また、実験を数人のグループで行うことで、チームで仕事をする能力の基礎を身につける。
(E-1) 重力加速度、弾性定数、表面張力などの概念を理解し、ノギス、マイクロメータなどの取り扱い技術を習得する
(E-2) 抵抗、ダイオード、トランジスターなどの動作原理を理解し、テスター、オシロスコープなどの取り扱いを取得する
(E-3) 回路の交流インピーダンスの測定を通して、交流と共鳴現象に関する理解を深める
(E-4) ニュートンリング、分光計の実験を通して、光の回折、干渉、反射、屈折とうに関する理解深める
(E-5) 比熱の測定を通して、電気エネルギーの熱エネルギーへの変換を理解し、コンピュータを用いたデータ整理の基本を学ぶ
(E-6) 最小自乗法、誤差の見積もり方など、実験データを整理するための技術を習得し、実験データをレポートにすることにより、その書き方、考察の仕方などを学ぶ
(E-7) 実験を数人のグループで行うことで、役割の分担、自分だけでなく他の学生の役割の理解、共同作業による議論を通じチームで仕事をするために必要なことを学ぶ
(F)下に記した実験例に挙げられている実験を数人のグループ単位で行い、実験技術および実験結果の整理の技術、チームで物事に取り組む技術を習得し、実験により自然の体系を理解すると共に、実験レポートの作成と共に口頭試問を通して、それを他人に説明する技術を修得する。(実験課題の例 演算増幅器、強制振動、線膨張率、ディジタル回路、光と偏光、GM管によるB線の測定、光電子電流の測定、真空技術、レーザー回折、定電圧回路、光デバイス、気柱の共鳴による音速の測定等)
(G)情報科学に関する基礎的な知識を身につけ、リテラシーとしてのコンピュータの使用法を学び、ワープロ、表計算、プレゼンテーションのソフトウェア、簡単なプログラミング技術を習得する。
(G-1) コンピュータの基礎を理解する
(G-2) MS-Windowsの基本的な操作ができる
(G-3) MS-Wordを用いてレポートを作成する
(G-4) MS-Excelを用いての表計算が行える
(G-5) インターネットの関する基本的な事柄を理解する
(G-6) 電子メールを使ってレポートの提出等が行える
(G-7) MS-Excelのマクロを用いてのデータ処理ができる
(G-8) プログラミングにおける基本的な考え方を理解する
(G-9) C言語により簡単なプログラムを作成できる
(H)解析力学を取り扱える。
(H-1) 変分原理が理解できる
(H-2) ラグランジュの運動方程式が理解できる
(H-3) ラグランジュの運動方程式を力学系に適用できる
(H-4) 正準方程式が理解できる
(H-5) 正準変換が理解できる
(I)熱力学についての概念を理解でき、個々の構成要素に対して成り立つ法則から多粒子系の満たすべき法則を導くという統計力学の基本的考え方を、古典論、量子論両方の範囲で理解し、使いこなせる。
(I-1) 熱力学第1法則を理解し、内部エネルギーや効率等の計算ができる
(I-2) カルノーサイクル、熱力学第2法則を理解できる
(I-3) エントロピーの概念が理解でき、その計算ができる
(I-4) 比熱の定義が理解でき、熱力学的な比熱の計算ができる
(I-5) 熱力学基本方程式が理解でき、それを用いて熱力学諸関数の自在な変換やMaxwellの関係式の導出ができる
(I-6) ミクロカノニカル分布の考え方を理解できる
(I-7) カノニカル分布並びにグランドカノニカル分布の考え方を理解し、分配関数、代分配関数を用いた諸計算ができる
(I-8) 多粒子系の状態密度が理解でき、簡単な場合の計算ができる
(I-9) フェルミ統計、ボーズ統計の基本を理解し、フェルミ分布やボーズ分布を用いた基本的な計算ができる
(I-10) スピン系の統計力学の基礎が理解でき、分子場近似の簡単な計算ができる
(J)前期量子論すなわちミクロの世界における古典力学の破綻と量子力学の形成過程で現れる諸法則を理解すると共に、量子力学の基本的な概念を理解できる。
(J-1) 熱輻射と量子の関係、及び光の波動性と粒子性を理解できる
(J-2) ボーアの原子模型について理解でき、原子スペクトルとエネルギー順位について理解する
(J-3) ゼーマン効果について理解できる
(J-4) 輻射の自然放出と誘導放出について理解できる
(J-5) 井戸型ポテンシャル、調和振動子、水素原子等の物理系に対して、シュレーディンガー方程式をつくり、エネルギー固有値と固有関数を導くことができる
(J-6) 量子力学の標準的な確率解釈を理解し、物理量の観測確率を求められる
(J-7) 1次元の散乱問題を理解し、散乱振幅と確率が求められる
(J-8) 角運動量、スピンの概念が理解でき、表現を使った基本的な計算ができる
(J-9) 摂動論を使って、エネルギー固有値、固有関数や遷移確率が求められる
(K)物理学実験Iおよび物理学実験IIで習得した基礎実験技術を基に、比較的専門的な物理実験を行い、より高度な実験技術を習得する。実験課題の例は以下の通り。 (コンピュータ制御、真空、質量分析、X線回折、磁区構造、マイケルソン干渉計、シンチレーション、半導体、原子核乾板、計算機プログラミング等)
(L)物理学実験Iおよび物理学実験IIで習得した基礎実験技術を基に、比較的専門的な物理実験を行い、より高度な実験技術を習得する。また、物理学実験ⅢA、同ⅢBそれぞれで行ったテーマのうちの一つについての発表をグループ単位で行うことにより、課題に対してチームで対応する力を養う
(L-1) 物性物理学
(L-2) 物性理論
(L-3) 磁気物性学
(L-4) 表面物理学
(L-5) 量子エレクトロニクス
(L-6) 素粒子物理学
(L-7) 宇宙物理学
(L-8) 原子過程科学
(M)英語の全般的な運用能力の向上をはかり、かつそれを用いて英語で書かれた物理に関する文献を読んで理解できる。
(N)社会人としての知識と教養、学際的な視点を身につける。
(O)物理学が社会の中でどのような位置づけにあるかを理解すると共に、技術が社会や自然に及ぼす影響や効果、および技術者が社会に対して負っている責任に関して理解する。
(P)狭い範囲の専門に偏る事なく、物理学におけるさまざまな分野および関連の深い化学について、その全般の概要を理解する。

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