【人民教育版】高校物理 必修 第三冊

📚 コンテンツ概要

本書は普通高級中学校物理必修シリーズの第3巻であり、電磁気学の基礎的内容を主に扱う。静電場、電場内のエネルギー、回路理論、電能保存則、そして電磁誘導と電磁波に関する初歩的な知識が含まれる。実験、考察・討論、例題分析などの多様な形態を通じて、学生の物理的核心的素養および科学的探究能力の育成を目指している。

微視的な電荷から巨視的な電磁波まで、物理の神秘を探求し、古典電磁気学の初期体系を構築する。

著者: 人民教育出版社 教材研究所 物理教材研究開発センター

謝辞: 国家教材委員会専門委員会による審査承認（2019年）

🎯 学習目標

1. 電荷保存則を理解し、基本電荷の概念を掌握し、摩擦起電、誘導起電などの物理現象を説明できる。
2. 電場強度の定義（比値定義法）および重ね合わせの原理を掌握し、電場線を使って電場の分布の特徴を記述できる。
3. 静電平衡状態における導体の性質を理解し、静電遮蔽および先端放電の原理とそれらが生産生活においてどのように応用されるかを掌握する。
4. 静電力が行う仕事の経路に依存しない特徴を理解し、電位エネルギーと静電力の仕事との関係を掌握する。
5. 電位、電位差の定義およびそのベクトル／スカラー属性を理解し、均一電場における U=Ed の応用ができる。
6. コンデンサの概念を理解し、平行平板コンデンサの決定要因を掌握し、電場内での帯電粒子の加速運動を分析できる。
7. 電源の役割および電流、定常電流の定義を理解し、微視的観点から電流の生成を説明できる。
8. 導体の抵抗則を掌握し、抵抗率が温度によって変化する規則を理解し、超伝導現象について知っている。
9. ベルト特性曲線を識別し、線形素子と非線形素子を区別できる。
10. 電功、電力およびジュールの法則を理解し、純抵抗回路と非純抵抗回路におけるエネルギー変換の違いを区別できる。

🔹 教科1：第9章　静電場とその応用

概要: 本章では静電現象の微視的本質に立脚し、電荷の概念、電荷保存則、基本電荷について系統的に紹介する。また、「場」という概念を導入し、電場強度という電場の性質を表す物理量の定義と、電場線、一様電場、重ね合わせの原理を用いた電場の定性的・定量的解析方法について探求する。最後に、導体が電場中に置かれたときの特性、すなわち静電平衡、先端放電、静電遮蔽について深く分析し、静電防止と利用の方法についても検討する。

学習成果:

• 電荷保存則を理解し、基本電荷の概念を掌握し、摩擦起電、誘導起電などの物理現象を説明できる。
• 電場強度の定義（比値定義法）および重ね合わせの原理を掌握し、電場線を使って電場の分布の特徴を記述できる。
• 静電平衡状態における導体の性質を理解し、静電遮蔽および先端放電の原理とそれらが生産生活においてどのように応用されるかを掌握する。

🔹 教科2：第10章　静電場内のエネルギー

概要: 本章では静電場のエネルギー的性質に焦点を当てる。静電力が行う仕事の特徴から出発し、電位エネルギー、電位、電位差といった主要な物理量を導入する。電位差と電場強度の定量的関係を検討することで、電場のエネルギー的性質を明らかにし、コンデンサのエネルギー貯蔵原理や、電場内での帯電粒子の加速応用へと展開する。最終的に日常生活に戻り、静電吸引、粉塵除去、噴霧塗装、複写技術などの物理的本質を解説する。

学習成果:

• 静電力が行う仕事の経路に依存しない特徴を理解し、電位エネルギーと静電力の仕事との関係を掌握する。
• 電位、電位差の定義およびそのベクトル／スカラー属性を理解し、均一電場における問題に対して U=Ed を応用できる。
• コンデンサの概念を理解し、平行平板コンデンサの決定要因を掌握し、電場内での帯電粒子の加速運動を分析できる。

🔹 教科3：第11章　回路とその応用

概要: 本授業では回路の基礎理論と実践的応用を扱い、電流の微視的な形成メカニズムから、巨視的な回路測定器具までをカバーする。電源が定常電流を維持する仕組み、導体の抵抗特性（抵抗率と超伝導を含む）、リチウムイオン電池のエネルギー特性、そしてマルチメータを活用した電気量測定の習得を重点的に探求する。

学習成果:

• 電源の役割および電流、定常電流の定義を理解し、微視的観点から電流の生成を説明できる。
• 導体の抵抗則を掌握し、抵抗率が温度によって変化する規則を理解し、超伝導現象について知っている。
• ベルト特性曲線を識別し、線形素子と非線形素子を区別できる。

🔹 教科4：第12章　電気エネルギーとエネルギー保存則

概要: 本章では電気エネルギーの変換、輸送、およびマクロなエネルギー保存則に焦点を当てる。微視的な回路内エネルギー変換（電功と熱）から出発し、電源の特性を表す重要な物理量である起電力を導入し、閉回路オームの法則を構築する。乾電池やフルーツ電池の起電力と内部抵抗の実験的測定を通じて、物理実験のデータ処理方法（例えば、U-I図法）を習得する。その後、マクロなエネルギー保存則および持続可能なエネルギー資源について拡張し、エネルギー変換の方向性とその社会的意義を考察する。

学習成果:

• 電功、電力およびジュールの法則を理解し、純抵抗回路と非純抵抗回路におけるエネルギー変換の違いを区別できる。
• 起電力の概念を理解し、閉回路オームの法則を掌握し、関連する総合計算問題を解決できる。
• 電源の起電力と内部抵抗の測定実験の原理と方法を掌握し、U-I図を用いて実験データを処理できる。

🔹 教科5：第13章　電磁誘導と微視的エネルギーの初歩

概要: 本ユニットでは、巨視的な磁場現象から複雑な電磁誘導へと移行し、最終的には電磁波と微視的エネルギーの量子化に至る。磁場の記述（磁束線、磁束密度、磁束）、電磁誘導の発生条件、マクスウェルの電磁場理論の基礎、およびプランクが提唱したエネルギー量子の概念を扱う。

学習成果:

• 磁場、磁束密度、磁束の概念を掌握し、アンペールの法則を使って電流の方向と磁場の方向の関係を判断できる。
• 電磁誘導現象の本質を理解し、誘導電流が発生する条件を正確に判断できる。
• 電磁波の形成、伝播特性、電磁波スペクトルの分布を理解し、エネルギー量子化が現代物理学に与えた画期的な意味を認識できる。