到達目標
・様々な物理現象とそれらの物理用語を理解し、物理的な考え方を身につける。
・基本的な物理的な関係式を、微積分・ベクトルを用いながら計算できる。
・基礎的な計算問題を解くことができる。
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 |
| 知識・理解 | 学習内容を十分に理解し、知識として身に着けている。 | 学習内容を概ね理解し、基本的な知識が定着している。 | 左の基準に達していない。 |
| 関心・意欲・態度 | 授業の度に理解を深め、それ以上の発展問題に積極的に取り組み、関心を深めている。 | 基礎的な問題に主体的に取り組み、関心を高めている。 | 左の基準に達していない。 |
| 技能・表現 | 定義・法則などから数学的な規則性を正しく導くことができ、発展的な問題に対処するこ
とができる。 | 定義・法則などを理解し、それを利用するところまで導くことができる。 | 左の基準に達していない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 1 機械工学、電気工学、材料工学の分野にわたるエネルギーシステムに関する体系的な知識と技術を身に付ける
JABEE A1 数学・自然科学を理解し、使いこなせる基礎能力
学士区分 1 機械系
必修科目 11 機械系
学士区分 2 電気系
必修科目 21 電気系
教育方法等
概要:
微分（偏微分）・積分（重積分）とベクトルの内積・外積を用いて、低学年で学習した「力学」に適用させ、物理学の最も基礎的な分野である「力学」を体系的に再構築する。
授業の進め方・方法:
講義および演習形式により授業を進め、専門科目の基礎となる物理の基礎の定着に繋げる。
教科書を用いて、授業を行い、そのまとめとして、演習で問題を解く。さらに、試験では演習を行った問題を発展させた問題を出して、物留学としての基礎分野である「力学」を学習する。
注意点:
「数学」で学んだ微分・積分やベクトルや線形代数を使うのでそれらを復習すること。また、低学年で学んだ「物理」をはじめとする物理系科目について復習すること。
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 |
数学的準備1（微分積分） |
微分と積分について復習し、計算できる。
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| 2週 |
数学的準備２（ベクトル） |
ベクトルを用いた計算、特に、内積と外積について復習し、計算できる。
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| 3週 |
物体の運動１ |
微分を用いて、物体の位置から、速度と加速度を計算できる。
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| 4週 |
物体の運動２ |
積分を用いて、加速度から、速度と位置を計算できる。その際、初期条件を正しく扱うことに注意する。
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| 5週 |
物体の運動３ |
2次元（平面）や3次元（空間）を運動する物体に対し、ベクトルを用いて、位置、速度、加速度を表すことができる。
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| 6週 |
物体の運動４ |
回転運動を表現するために、極座標表示を導入し、極座標表示で速度、加速度を計算できる。
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| 7週 |
運動の法則１ |
ニュートンが発見した「3つの運動法則」について、復習し、再確認し、表現できる。
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| 8週 |
運動の法則２ |
ニュートンが発見した「3つの運動法則」について、復習し、再確認し、表現できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
様々な運動 |
重力、弾性力、抵抗力、万有引力など様々な力が働いている場合に運動方程式を解いて、その運動を記述することができる。
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| 10週 |
力のモーメントと角運動量 |
運動量、角運動量、力のモーメントを外積を用いて導入し、回転運動の運動方程式を導出することができる。
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| 11週 |
仕事とエネルギー１ |
内積と積分を用いて、仕事量を定義し、仕事量の計算ができる。
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| 12週 |
仕事とエネルギー２ |
運動方程式に対し、微小変位との内積を行った後積分することで、運動エネルギーと仕事の関係を導くことができる。
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| 13週 |
仕事とエネルギー３ |
保存力では仕事から位置エネルギーが定義でき、「力学的エネルギー保存則」を導出する。また、様々な保存力に対し、位置エネルギーを計算する。さらに、位置エネルギーから力を偏微分を用いて計算することができる。
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| 14週 |
二体系の力学 |
二体系に対し、重心を定義し、重心・相対位置に関する運動方程式を導出することができる。運動量保存則を導出し、適用することができる。
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| 15週 |
期末試験の返却・解説・まとめ |
期末試験を返却し、解説する。学習内容をまとめる。
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| 16週 |
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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 |
| 基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 力学 | 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。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |
| 角運動量を求めることができる。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |
評価割合
| 試験 | 課題・小テストなど | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 80 | 20 | 100 |
| 専門的能力 | 0 | 0 | 0 |