応用物理Ⅰ

科目基礎情報

学校 旭川工業高等専門学校 開講年度 令和03年度 (2021年度)
授業科目 応用物理Ⅰ
科目番号 0012 科目区分 専門 / 必修
授業形態 授業 単位の種別と単位数 履修単位: 2
開設学科 システム制御情報工学科 対象学年 3
開設期 通年 週時間数 前期:2 後期:2
教科書/教材 改訂版 物理(数研出版),原康夫著 「物理学基礎」(第5版) 学術図書出版社 / プリント
担当教員 岡島 吉俊

目的・到達目標

1. 熱に関する様々な現象を、物理法則と関連づけて考えることができる。
2. 熱力学の法則を理解し、熱力学的現象を説明することができる。
3. 質点の運動を、微分積分を含む数式を活用して説明することができる。
4. 剛体の運動を、微分積分を含む数式を活用して説明することができる。

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
評価項目1熱に関する様々な現象を、直観的に物理法則と関連づけて考えることができる。熱に関する様々な現象を、物理法則と関連づけて考えることができる。熱に関する様々な現象を、物理法則と関連づけて考えることができない。
評価項目2質点の運動を文字式/微分積分を活用して直観的に理解し、説明することができる。質点の運動を文字式/微分積分を活用して理解することができる。質点の運動を文字式/微分積分を活用して理解することができない。
評価項目3剛体の運動を文字式/微分積分を活用して直観的に理解し、説明することができる。剛体の運動を文字式/微分積分を活用して理解することができる。剛体の運動を文字式/微分積分を活用して理解することができない。
評価項目4熱力学の法則を深く理解し、熱力学的現象を定量的かつ定性的に説明することができる。熱力学の法則を理解し、熱力学的現象を定性的に説明することができる。熱力学の法則が理解できず、熱力学的現象を説明することができない。

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 システム制御情報工学科の教育目標 ① 説明 閉じる
学習・教育到達度目標 本科の教育目標 ③ 説明 閉じる

教育方法等

概要:
はじめに熱力学,次に力学を学ぶ。熱力学では、まず熱の概念について学んだあと、熱力学の法則を学び、種々の問題に適用する。力学では、まず微分積分を用いた質点の力学を学んだあと、剛体の力学を学ぶ。
授業の進め方と授業内容・方法:
教科書の内容に沿った座学の授業を中心とするが,物理現象のイメージや実感を持ってもらうために,演示実験を行うこともある。また,課題のプリントを配布して問題演習を行ってもらうことがある。
注意点:
はじめて知る物理量や物理法則が次々に登場するので,一つ一つを確実に理解し,それを用いて現象を説明できるようにすること。問題を解く練習・努力を怠らないこと。式に数値を当てはめて答えを得るだけで満足せず,物理現象全体を理解し,それを数式を用いて説明できること, 他の問題に応用できることが重要である。
1、2学年で学んだ物理をより体系的に理解するため、ベクトルの概念や微分積分を含む数式を使う。これらの数学の学力が十分でない場合、復習しておくことが必要である。

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 ガイダンス
第14章 熱(1)
・温度,熱運動,熱,熱平衡などの概念について説明することができる。
2週 第14章 熱(2) ・原子や分子の熱運動と絶対温度との関連について理解している。
・熱容量と比熱について理解している。
3週 第14章 熱(3) ・ボイルシャルルの法則を理解し、問題に適用できる。
・理想気体の状態方程式を理解し、問題に適用できる。
4週 第14章 熱(4) ・気体の内部エネルギーについて理解している。
・気体分子の運動と圧力の関係を説明できる。
・動摩擦力がする仕事は、一般に熱となることを理解している。
5週 第15章 熱力学(1) ・熱力学の第一法則、第二法則について理解している。
・不可逆変化について理解し、具体例を挙げることができる。
6週 第15章 熱力学(2) ・気体の状態変化による様々な物理量変化を求めることができる。
7週 第15章 熱力学(3)
次週中間試験を実施する
・気体が状態変化する過程において、気体が外部にした仕事を求めることができる。
8週 試験返却
第15章 熱力学(4)
学んだ内容の理解度を確認できる。
・熱機関について理解し、熱効率に関する計算ができる。
2ndQ
9週 第15章 熱力学(5) ・熱力学の第一法則、第二法則について理解している。
・エントロピー増大の原理を理解できる。
10週 第1章 運動(1) ・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理解し、位置と速度と加速度の関係を微分積分を使って説明できる。
11週 第1章 運動(2) ・等速円運動をする物体の速度、角速度、加速度、向心力について理解し、計算ができる。
12週 第2章 運動の法則(1) ・運動の法則と力について理解できる。
13週 第2章 運動の法則(2) ・運動方程式を微分方程式の形で扱うことができる。
14週 第3章 力と運動(1) ・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。
15週 第3章 力と運動(2) ・様々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。
16週 前期末試験 学んだ内容の理解度を確認できる。
後期
3rdQ
1週 試験返却
第4章 振動(1)

・ばねにつながれた物体の運動方程式を立て、初期値問題として解くことができる。
2週 第4章 振動(2) ・振り子の運動の運動方程式を立て、初期値問題として解くことができる。
3週 第4章 振動(3) ・周期、振動数など単振動を特徴づける物理量を求めることができる。
4週 第5章 仕事とエネルギー(1) ・仕事と仕事率を求めることができる。
5週 第5章 仕事とエネルギー(2) ・運動エネルギーに関する問題を解くことができる。
・重力による位置エネルギーに関する問題を解くことができる。
6週 第5章 仕事とエネルギー(3) ・保存力がする仕事とポテンシャルエネルギーとの関係について理解し、説明できる。
7週 第5章 仕事とエネルギー(4)
次週、中間試験を実施する。
・力学的エネルギーの保存則について理解し、様々な力学の問題に適用することができる。
8週 試験返却
第6章 質点の回転運動(1)
・力のモーメントや角運動量の概念を理解できる。
4thQ
9週 第6章 質点の回転運動(2) ・回転運動の法則を理解出来る。
10週 第6章 質点の回転運動(3) ・角運動量保存則について理解し、様々な現象を説明できる。
11週 第7章 質点系の重心と全運動量(1) ・重心の定義について理解し、物体の重心の位置を求めることができる。
12週 第7章 質点系の重心と全運動量(2) ・質点系の重心の運動について説明できる。
13週 第8章 剛体の力学(1) ・剛体の回転運動について、運動方程式を立てて解くことができる。
14週 第8章 剛体の力学(2) ・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。
15週 第8章 剛体の力学(3) ・剛体の回転運動について、運動方程式を立てて解くことができる。
16週 学年末試験 学んだ内容の理解度を確認できる。

評価割合

試験課題相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合70300000100
基礎的能力70300000100
専門的能力0000000
分野横断的能力0000000