概要:
3年次までに学習した物理・応用物理の内容を踏まえ，微分・積分等の数学的手法を活用して「質点の力学」、「単振動、減衰振動，強制振動」、「力学的エネルギー」、「剛体の回転運動」を学ぶ。
授業の進め方・方法:
授業形態は講義・問題演習を主体とする。諸物理公式の導出や、演習問題がレポートとして課される。
講義資料はTeamsもしくはWebclasにて，講義日の前日までに公開する．必要に応じて各自で印刷するものとする．授業中にPC, タブレットで閲覧しても良い．
本授業は「学習単位科目」である．よって，授業は自学自習を前提として設計されているので，レポート課題も踏まえ，各自で問題演習などを積極的に行うことが必須である．
注意点:
微分・積分を用いた運動方程式の記述とその解法を習得することが重要となる。したがって数学的基礎学力の定着が求められる。
総合評価６０点以上を合格とする。
試験問題は各達成目標に即した内容で、問題のレベルは教科書の問題および授業中に配布する演習問題程度のものを出題する。
学年末評価において60点未満のものを対象として再試験を実施する。ただし、未定出課題がある者に対しては実施しない。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
質点の位置・速度・加速度 |
質点の位置ベクトルを時間微分することで、速度・加速度ベクトルを求めることができる
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| 2週 |
ニュートンの運動方程式 |
一定の大きさの力が加わった質点の速度、位置を求めることができる。また，時間に依存する力を受けた物体の運動方程式を与えられた初期条件の元で解くことができる。
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| 3週 |
ニュートンの運動方程式の応用 |
時間に依存する力を受けた物体の運動方程式を与えられた初期条件の元で解くことができる。
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| 4週 |
仕事と運動エネルギー |
仕事と運動エネルギーについて説明でき，仕事から運動エネルギーの変化についての計算ができる．
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| 5週 |
保存力と位置エネルギー及び，力学的エネルギー保存則 |
ポテンシャルとは保存力に対する位置エネルギーであることを理解できる。また、ポテンシャルから保存力を導出できる。力学的エネルギー保存則から質点の位置や速度を求めることができる。
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| 6週 |
質点系の運動量と角運動量 |
内力と外力の違いを踏まえて，運動量と角運動量について基本的な計算ができる．
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| 7週 |
総合問題演習 |
1-6週の内容について，基本的な問題を解く事が出来る．
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| 8週 |
剛体の慣性モーメント |
剛体の運動を記述する方程式を説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
剛体の運動方程式 |
剛体の平面運動の方程式を導出できる。坂道を転がる物体や、滑車の回転運動を記述できる。
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| 10週 |
剛体の平面運動 |
剛体の平面運動の方程式を導出できる。坂道を転がる物体や、滑車の回転運動を記述できる。
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| 11週 |
単振動 |
弾性力が働く質点の運動方程式を立て、任意の初期条件における単振動の解を求めることができる。
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| 12週 |
減衰振動と強制振動 |
速度に比例する抵抗力を受けた減衰振動の解を求めることができる。また，駆動力を受けた振動系の振舞いを定性的に説明できる。また、共鳴・共振現象について例を挙げて説明できる。
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| 13週 |
波動現象と波動方程式 |
横波・縦波の概念や、媒質の運動方程式に関して理解できる。
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| 14週 |
波動方程式とその解 |
媒質の横振動（弦の振動）を記述する波動方程式の物理的意味を理解し、その解（正弦波の式）を求めることができる。
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| 15週 |
総合問題演習 |
8-14週の学習内容について理解し，基本的な問題が解ける．
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| 16週 |
試験 |
1-15週の学習内容について理解し，基本的な問題が解ける．
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 力学 | 速度と加速度の概念を説明できる。 | 4 | |
| 直線および平面運動において、2物体の相対速度、合成速度を求めることができる。 | 4 | |
| 等加速度直線運動の公式を用いて、物体の座標、時間、速度に関する計算ができる。 | 4 | |
| 平面内を移動する質点の運動を位置ベクトルの変化として扱うことができる。 | 4 | |
| 物体の変位、速度、加速度を微分・積分を用いて相互に計算することができる。 | 4 | |
| 平均の速度、平均の加速度を計算することができる。 | 4 | |
| 自由落下、及び鉛直投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 4 | |
| 水平投射、及び斜方投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 4 | |
| 物体に作用する力を図示することができる。 | 4 | |
| 力の合成と分解をすることができる。 | 4 | |
| 重力、抗力、張力、圧力について説明できる。 | 4 | |
| フックの法則を用いて、弾性力の大きさを求めることができる。 | 4 | |
| 質点にはたらく力のつりあいの問題を解くことができる。 | 4 | |
| 慣性の法則について説明できる。 | 4 | |
| 作用と反作用の関係について、具体例を挙げて説明できる。 | 4 | |
| 運動方程式を用いた計算ができる。 | 4 | |
| 簡単な運動について微分方程式の形で運動方程式を立て、初期値問題として解くことができる。 | 4 | |
| 運動の法則について説明できる。 | 4 | |
| 静止摩擦力がはたらいている場合の力のつりあいについて説明できる。 | 4 | |
| 最大摩擦力に関する計算ができる。 | 4 | |
| 動摩擦力に関する計算ができる。 | 4 | |
| 仕事と仕事率に関する計算ができる。 | 4 | |
| 物体の運動エネルギーに関する計算ができる。 | 4 | |
| 重力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 4 | |
| 弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 4 | |
| 力学的エネルギー保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 4 | |
| 物体の質量と速度から運動量を求めることができる。 | 4 | |
| 運動量の差が力積に等しいことを利用して、様々な物理量の計算ができる。 | 4 | |
| 運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 4 | |
| 周期、振動数など単振動を特徴づける諸量を求めることができる。 | 4 | |
| 単振動における変位、速度、加速度、力の関係を説明できる。 | 4 | |
| 等速円運動をする物体の速度、角速度、加速度、向心力に関する計算ができる。 | 4 | |
| 万有引力の法則から物体間にはたらく万有引力を求めることができる. | 4 | |
| 万有引力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 4 | |
| 力のモーメントを求めることができる。 | 4 | |
| 角運動量を求めることができる。 | 4 | |
| 角運動量保存則について具体的な例を挙げて説明できる。 | 4 | |
| 剛体における力のつり合いに関する計算ができる。 | 4 | |
| 重心に関する計算ができる。 | 4 | |
| 一様な棒などの簡単な形状に対する慣性モーメントを求めることができる。 | 4 | |
| 剛体の回転運動について、回転の運動方程式を立てて解くことができる。 | 4 | |
| 波動 | 波の振幅、波長、周期、振動数、速さについて説明できる。 | 4 | |
| 横波と縦波の違いについて説明できる。 | 4 | |
| 波の重ね合わせの原理について説明できる。 | 4 | |
| 波の独立性について説明できる。 | 4 | |
| 2つの波が干渉するとき、互いに強めあう条件と弱めあう条件について計算できる。 | 4 | |
| 定常波の特徴(節、腹の振動のようすなど)を説明できる。 | 4 | |