応用物理ⅡＢ

科目基礎情報

学校	秋田工業高等専門学校	開講年度	令和03年度 (2021年度)
授業科目	応用物理ⅡＢ
科目番号	0008	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	創造システム工学科（知能機械コース）	対象学年	4
開設期	通年	週時間数	2
教科書/教材	教科書：初歩から学ぶ基礎物理学「力学II」 柴田洋一 他 著 大日本図書　　その他：　自製プリントの配布
担当教員	上田 学

到達目標

１．単振動・減衰振動・共振の現象とその運動方程式に対応する微分方程式との関係を理解できる。
２．保存力が作用する場において，質点の運動方程式から力学的エネルギー保存則を導ける。
３．等速円運動などの角運動量を計算できる。角運動量保存則が理解でき，物理の問題に応用できる。
４．質点系の重心がどのような運動をするか理解できる。
５．剛体の運動方程式を立て，剛体の運動の諸量を求めることができる。

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	減衰振動や共振の現象と微分方程式との関係を理解でき，数的処理をもって説明できる。	減衰振動や共振の現象と微分方程式との関係を理解できる。	減衰振動や共振の現象と微分方程式との関係を理解できない。
評価項目2	独力で，質点の運動方程式から力学的エネルギー保存則を導くことができる	誘導付きで，質点の運動方程式から力学的エネルギー保存則を導くことができる。	誘導付きでも質点の運動方程式から力学的エネルギー保存則を導くことができない。
評価項目3	角運動量保存則を理解できる。また，それを利用して運動の諸量を求めることができる。	角運動量を計算できる。さらに，角運動量保存則を理解できる。	角運動量を計算できない。もしくは，角運動量保存則を理解できない
評価項目4	質点系の重心がどのような運動をするか数的処理をもって説明できる。	質点系の重心がどのような運動をするか理解できる	質点系の重心がどのような運動をするか理解できない。
評価項目5	標準的問題や応用問題においても，剛体の運動方程式を立て，剛体の運動の諸量を求めることができる	基本問題において，剛体の運動方程式を立て，剛体の運動の諸量を求めることができる。	剛体の運動方程式を立てられない。もしくは，剛体の運動の諸量を求めることができない。

教育方法等

概要:

工学一般の基礎となる物理学の力学分野において，ベクトル及び微積分を用いて力学の法則とその概念を正確に理解する。さらに，物理学を実際の問題の発見と解決に応用できる力を養う。

授業の進め方・方法:

講義形式で行う。必要に応じて適宜小テストを実施し，また，演習課題・宿題を課す。

注意点:

各中間の成績は，その到達度試験 (中間) 結果をもって成績とする。
各期末成績は到達度試験 (中間) 結果 40 %, 到達度試験 (期末) 結果 40 %，および平素の成績 (小テスト・宿題・演習課題の総合成績) を 20 % で評価する。
　　各期末成績 = 0.4×到達度試験 (中間) 結果+0.4×到達度試験 (期末) 結果 + (小テスト・宿題・演習課題の総合成績 20 点満点) 学年総合成績 = 0.5 × (前期末成績＋後期末成績)
学年総合成績は，前期末成績と後期末成績の平均とする。合格点は学年総合成績で60点である。
特に，提出物が未提出の場合，単位取得が困難となるので注意すること。

講義中で使用することはないが，これまで物理Ⅰ・Ⅱ，及び応用物理Ⅰで用いてきた以下の教科書・問題集は本講義の予習・復習などの自学自習の参考となりうる。
・高専テキストシリーズ「物理 (上) 力学・波動 / (下) 熱・電磁気・原子」 潮 秀樹 監修，大野秀樹 他 編集， 森北出版
・高専テキストシリーズ「物理問題集」 潮 秀樹 監修，大野秀樹 他 編集， 森北出版

より深く理解したい者及び難関大学への編入を考えている者は，教科書の例題・問題以外にも，自学自習として市販の大学教養程度の問題集等を利用した解法と計算の継続的な訓練を心がけてほしい。
市販の問題集として以下のものを例として挙げるが，まずは図書館等で自分に合う問題集・参考書を探してほしい。
・「基礎物理学演習Ⅰ」永田一清 編 サイエンス社 ・「大学演習 力学」山内恭彦・末岡清市 編 裳華房

(講義を受ける前)
まずは物理量の定義をしっかり把握すること。授業の前に，その日に習う範囲に目を通し，大事なところ及びわかりにくいところがどこかをチェックしておくこと。

(講義を受けた後)
物理学の概念や法則はいろいろな物理現象に適用していくうちに内容が豊かになり，理解が深まっていく。
この意味において，物理学に「慣れる」ことが重要であり，例えば，章末問題や市販の大学教養程度の問題集などを利用した解法と計算の継続的な訓練が習得のポイントとなる。

授業計画

		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. 質点の力学」 1. 位置・速度・加速度 (復習)	授業の進め方と評価の仕方について説明する。 平面極座標において速度・加速度を表現できる。
		2週	2. 単振動 －単振り子－	単振動と微分方程式の関係を理解できる。
		3週	3. 減衰振動 その 1	減衰振動と微分方程式の関係を理解できる。
		4週	3. 減衰振動 その 2	過減衰、臨界減衰がどのような現象が理解できる。
		5週	4. 角運動量と慣性モーメント その1	質点の角運動量を求めることができる。 慣性モーメントと角運動量の関係を理解できる。
		6週	4. 角運動量と慣性モーメント その2	角運動量保存則を利用して，運動の諸物理量を求めることができる。
		7週	5. 座標変換と慣性力 その1	慣性力が発現するメカニズムを理解できる。
		8週	到達度試験 (前期中間)	上記項目について学習した内容の理解度を授業の中で確認する。
	2ndQ
		9週	試験の解説と解答 5. 座標変換と慣性力 その2	到達度試験の解説と解答 回転座標系においてコリオリ力などの慣性力が発現することがわかる。
		10週	「2.力学的エネルギー」 6. 仕事 その 1	仕事を計算できる。
		11週	6. 仕事その 2	一般的な仕事を積分形で表現することができる。 一般的な仕事を計算 (経路積分) することができる。
		12週	7. 保存力と位置エネルギー	保存力と位置エネルギーの関係を理解できる。
		13週	8. 力学的エネルギー保存則 その１	運動方程式から力学的エネルギー保存則を導くことができる。
		14週	8. 力学的エネルギー保存則 その２	力学的エネルギーを利用して運動の物理量を求めることができる。
		15週	到達度試験 (前期末)	上記項目について学習した内容の理解度を授業の中で確認する。
		16週	試験の解説と解答	到達度試験の解説と解答
後期
	3rdQ
		1週	「3. 二体系の力学」 9. 重心の運動 その 1	質量中心の定義がわかる。重心と質量中心が一致することがわかる。二体系の重心の位置をベクトルを用いて求められる。
		2週	9. 重心の運動 その 2	二体系において，重心の運動と相対運動に分離できる。 慣性質量を理解できる。
		3週	10. 衝突・運動量保存則　その 1	運動量保存則や反発係数を用いて二体系の衝突や分離を記述できる。
		4週	10. 衝突・運動量保存則　その 2	運動量保存則から始めて、ロケットの運動を記述できる。
		5週	11. 二体系における角運動量	角運動量の運動方程式を用いて二体系の物理量を求める。
		6週	「4. 質点系と剛体の力学」 12. 質点系・剛体の重心 (質量中心)	質点系および剛体の質量中心 (重心) を求めることができる.
		7週	13. 質点系の運動方程式	質点系の並進運動・回転運動の運動方程式を理解して書き表すことができる。 質点系の角運動量を重心の角運動量と重心のまわりの角運動量に分解できる。
		8週	到達度試験 (後期中間)	上記項目について学習した内容の理解度を授業の中で確認する。
	4thQ
		9週	試験の解説と解答　 14. 剛体のつりあい	到達度試験の解説と解答 剛体およびその運動の特性を理解でき、剛体のつりあいの条件を説明できる。
		10週	15. 固定軸のある剛体の運動 その 1 慣性モーメント	基本的な形の剛体に対して，その中心軸に対する慣性モーメントを計算できる。 平行軸の定理を理解し，応用できる。
		11週	15. 固定軸のある剛体の運動 　その 2 剛体振り子	剛体振り子の運動方程式を立て，その周期等を計算できる。
		12週	16. 剛体の平面運動 その 1	斜面をすべらずに転がり落ちる剛体の運動を記述できる。
		13週	16. 剛体の平面運動 その 2	ヨーヨーなどの身近な玩具を剛体とみなして，その運動を記述できる。
		14週	剛体の力学の復讐	剛体の力学について学習した内容を問題演習等を通して復習する。
		15週	到達度試験 (後期末)	上記項目について学習した内容の理解度を授業の中で確認する。
		16週	試験の解説と解答	到達度試験の解説と解答、および授業アンケート

評価割合

	到達度試験	小テスト・宿題	相互評価	態度	ポートフォリオ	その他	合計
総合評価割合	80	20	0	0	0	0	100
知識の基本的な理解	50	10	0	0	0	0	60
思考・推論・創造への適用力	10	5	0	0	0	0	15
汎用的技能	20	5	0	0	0	0	25