到達目標
1. 静止流体中の圧力や浮力が計算できる.
2. 温度や熱量の概念を理解した上で, 固体の熱膨張, 熱容量, 比熱, 相変化に伴う潜熱などの計算ができる.
3. 理想気体の状態方程式を理解し, 微視的な分子運動と巨視的な圧力・温度の関係を理解できる.
4. 気体がなす仕事や熱力学第一法則, 各種熱力学過程について理解できる. さらに分子運動の自由度とエネルギー等分配則が理解できる.
5. 代表的な熱機関, 熱サイクル, 熱効率について理解できる. 熱力学第二法則の意味を理解できる.
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
1. 静止流体の性質 | 静止流体中の圧力・浮力を理解できる. これらについての応用問題が解ける. | 静止流体中の圧力・浮力を理解できる. これらについての基本問題が解ける. | 静止流体中の圧力・浮力を理解できない. これらについての基本問題が解けない. |
2. 温度と熱 | 温度と熱量の概念を理解できる. 固体の熱膨張/熱容量/比熱/潜熱についての応用問題が解ける. | 温度と熱量の概念を理解できる. 固体の熱膨張/熱容量/比熱/潜熱についての基本問題が解ける. | 温度と熱量の概念を理解できない. 固体の熱膨張/熱容量/比熱/潜熱についての基本問題が解けない. |
3. 気体分子の運動 | 理想気体の状態方程式, 気体分子の運動と圧力・温度との関係を理解できる. これらについての応用問題が解ける. | 理想気体の状態方程式, 気体分子の運動と圧力・温度との関係を理解できる. これらについての基本問題が解ける. | 理想気体の状態方程式, 気体分子の運動と圧力・温度との関係を理解できない. これらについての基本問題が解けない. |
4. 熱力学第1法則 | 気体のなす仕事, 熱力学第一法則, 各種熱力学過程を理解できる. これらについての応用問題が解ける. | 気体のなす仕事, 熱力学第一法則, 各種熱力学過程を理解できる. これらについての基本問題が解ける. | 気体のなす仕事, 熱力学第一法則, 各種熱力学過程を理解できない. これらについての基本問題が解けない. |
5. 熱力学第2法則 | 熱機関・熱サイクル・熱効率,及び熱力学第二法則を理解できる. これらについての応用問題が解ける. | 熱機関・熱サイクル・熱効率,及び熱力学第二法則を理解できる. これらについての基本問題が解ける. | 熱機関・熱サイクル・熱効率,及び熱力学第二法則を理解できない. これらについての基本問題が解けない. |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本講義では, まず静止流体中の圧力・浮力について学ぶ. 次に, 熱力学の基礎について学ぶ. 基本的な物理現象/法則を理解し, 基礎知識を修得するとともに, 自らの理工学分野に応用できる能力を養う.さらにその過程で, 様々な物理現象を系統的・論理的・客観的に考えていく能力を養う.
授業の進め方・方法:
講義形式で行う. 本講義でとりあげる静止流体の力学・熱力学は, 理工学分野の学問の基礎である.
自然現象の観察・観測から導かれた基本法則を理解し, 例題の解法から順序立てた考え方を学ぶ.
さらに基本問題・応用問題に取り組みながら, 基礎学力・問題解決能力を養う.
注意点:
講義/試験 には関数電卓を使用する場合がある.
二回の到達度試験の実施とともに, 適宜, 課題を課する. 再試験実施は予定していない.
試験の結果のみならず, 課題の提出がないと単位取得が困難となる場合があるので注意を要する.
物理IIではこれまで物理Iや数学で学習した内容も利用するので, 適宜, 物理I, 数学の自学自習による復習も要する.
受講後は, 論理的に考えながら問題を解き, 講義内容の定着をかはることが大切. 問題集を利用した解法・計算の訓練が習得のポイントとなる.
合格点は 総合評価 において50点である. 前期中間の成績は到達度試験(前期中間)の得点とする. 前期末における総合評価の成績は,総合評価の成績は評価割合に従う.
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
授業ガイダンス 1. 静止流体の性質 |
授業概要や受講上の注意点を理解する. 静止流体における圧力, パスカルの原理や浮力が理解できる.
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2週 |
1. 静止流体の性質(つづき) 2. 温度と熱 (1) 温度 |
静止流体における圧力, パスカルの原理や浮力が理解できる. 温度が分子の熱振動の激しさを表す量であることが理解できる.
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3週 |
2. 温度と熱 (2) 熱, (3) 固体の熱膨張 |
熱が過熱/冷却により移動するエネルギーであることがわかる. 物質を構成する原子の熱振動が熱膨張の原因であることが理解できる.
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4週 |
2. 温度と熱 (4) 温度の測定, (5) 熱容量と比熱, (6) 潜熱 |
温度の測定方法の種類と原理が理解できる. 熱容量, 比熱, 熱量の保存について理解できる. 物質の三態を理解し, これらの状態変化に伴う潜熱が理解できる.
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5週 |
3. 気体分子の運動 (1) 理想気体の状態方程式 (2) 気体の圧力と気体分子の運動
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理想気体の状態方程式が理解できる. 微視的な気体分子の運動と巨視的な圧力の関係を理解できる.
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6週 |
3. 気体分子の運動 (3) 気体分子の重心の平均運動エネルギー(4) 気体の内部エネルギー |
気体分子の並進運動エネルギーが絶対温度に比例することを理解できる. 単原子分子理想気体の内部エネルギーが理解できる.
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7週 |
到達度試験(前期中間) |
これまでに学習した内容の理解度を試験により確認する.
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8週 |
試験の解説と解答
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到達度試験の解答と解説.
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2ndQ |
9週 |
4. 熱力学第1法則 (1) 気体がする仕事 |
気体の圧力と体積の変化によりなされる気体の仕事が理解できる.
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10週 |
4. 熱力学第1法則 (2) 熱力学の第1法則, |
熱力学的なエネルギー保存則が理解できる.
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11週 |
4. 熱力学第1法則 (3) 気体の熱力学過程 |
等温・定積・定圧・断熱の各熱力学過程が理解できる.
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12週 |
4. 熱力学第1法則 (4) エネルギー等分配の法則 |
単原子分子と二原子分子の自由度によるエネルギー分配則が理解できる.
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13週 |
5. 熱力学第2法則 熱サイクルと熱効率 |
熱機関・熱サイクル・熱効率を理解できる.
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14週 |
5. 熱力学第2法則 トムソンの原理とクラウジウスの原理 |
熱力学第二法則の概略を理解できる.
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15週 |
到達度試験(前期末) |
これまでに学習した内容の理解度を試験により確認する.
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16週 |
試験の解説と解答 |
到達度試験の解答と解説.
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
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 |
評価割合
| 到達度試験 | 課題 | 姿勢 | 合計 |
総合評価割合 | 75 | 20 | 5 | 100 |
基礎的能力 | 60 | 10 | 5 | 75 |
専門的能力 | 15 | 5 | 0 | 20 |
分野横断的能力 | 0 | 5 | 0 | 5 |