概要:
前期は微分・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」、「力学的エネルギー」、「剛体の回転運動」を学ぶ。後期は「波動方程式と正弦波の式」、「減衰振動」、「気体分子運動論と熱力学」、「原子の構造」について学ぶ。
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、簡単な力学系に関する演習問題がレポートとして課される。
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。
【評価方法・基準】
前期末試験２５％、学年末試験２５％、問題演習２５％、課題レポート１５％、授業の取組姿勢１０％で達成度を総合評価する。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。
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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 |
問題演習 １ |
質点の位置・速度・加速度に関する数値計算ができる。
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| 3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。
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| 4週 |
問題演習 ２ |
与えられた力学系のニュートンの運動方程式を解くことができる。
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| 5週 |
時間に依存する力を受けた物体の運動 |
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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| 6週 |
問題演習 ３ |
時間に依存する力を受けた物体の運動方程式を解くことができる。
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| 7週 |
空気抵抗を受けた物体の運動 |
速度に比例した抵抗力を受けて運動する物体、例えば雨粒の運動を定量的に考察することができる。
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| 8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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| 2ndQ |
| 9週 |
問題演習 ４ |
バネや単振り子の運動を定量的に説明できる。
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| 10週 |
保存力とポテンシャル |
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。
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| 11週 |
力学的エネルギー保存則 |
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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| 12週 |
剛体の慣性モーメント |
一様な棒、円板、球などの剛体の慣性モーメントを算出できる。また、平行軸の定理、平板の定理を応用することができる。
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| 13週 |
剛体の運動方程式 |
剛体の運動を記述する方程式を説明できる。
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| 14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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| 15週 |
前期末試験 |
質点や剛体の運動に関する基本的な問題を解くことができる。
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1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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| 2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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| 3週 |
正弦波の式 |
正弦波の波長、振動数、位相速度、波動のエネルギーを求める事ができる。
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| 4週 |
定常波の表し方 |
波の重ね合わせの原理を用いて２つの正弦波の合成で定常波ができることを数学的に説明できる。
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| 5週 |
問題演習５ |
波動方程式と正弦波に関する基本的な問題を解くことができる。
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| 6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説明できる。
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| 7週 |
LCR回路 |
簡単な電気回路方程式は、力学振動系の運動方程式と類似していることや、LC回路の振動、LCR共振回路に関して定量的に説明できる。
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| 8週 |
問題演習６ |
減衰振動と強制振動を説明できる。LCR回路のV-I波形を説明できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
気体分子運動論 |
理想気体の状態方程式について、気体分子の運動から理解できる。
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| 10週 |
マクスウェルの速度分布則 |
理想気体分子の熱運動の速度分布関数を理解し、平均速度や熱速度を算出できる。
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| 11週 |
熱力学の第１法則 |
熱に関するエネルギー保存則、気体の比熱、気体の状態変化を定量的に説明できる。
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| 12週 |
問題演習７ |
気体の状態方程式、熱力学第１法則を用いて熱現象を定量的に説明できる。
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| 13週 |
原子の構造と周期律 |
ボーアの水素原子模型に基づいて原子の構造・原子スペクトルを説明できる。また、原子の電子配置を説明できる。
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| 14週 |
固体の電子物性 |
固体のエネルギーバンドや、導体・絶縁体・半導体の電子状態を定性的に説明できる。
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| 15週 |
学年末試験 |
期待の分子運動、熱力学の第１法則、原子の構造の原理が説明できて、簡単な数値計算ができる。
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| 16週 |
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 4 | |
| 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 4 | |
| オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 4 | |
| オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 4 | |
| キルヒホッフの法則を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | |
| キルヒホッフの法則を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | |
| 合成抵抗や分圧・分流の考え方を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | |
| 合成抵抗や分圧・分流の考え方を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | |
| 正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 4 | |
| 正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 4 | |
| 平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 4 | |
| 平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 4 | |
| R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 4 | |
| R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 4 | |
| 直列共振回路と並列共振回路の計算ができる。 | 4 | |
| 直列共振回路と並列共振回路の計算ができる。 | 4 | |
| 相互誘導を説明し、相互誘導回路の計算ができる。 | 4 | |
| 相互誘導を説明し、相互誘導回路の計算ができる。 | 4 | |
| RL直列回路やRC直列回路等の単エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | |
| RL直列回路やRC直列回路等の単エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | |
| RLC直列回路等の複エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | |
| RLC直列回路等の複エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 4 | |
| 電磁気 | 電荷及びクーロンの法則を説明でき、点電荷に働く力等を計算できる。 | 4 | |
| 電荷及びクーロンの法則を説明でき、点電荷に働く力等を計算できる。 | 4 | |
| 電界、電位、電気力線、電束を説明でき、これらを用いた計算ができる。 | 4 | |
| 電界、電位、電気力線、電束を説明でき、これらを用いた計算ができる。 | 4 | |
| ガウスの法則を説明でき、電界の計算に用いることができる。 | 4 | |
| ガウスの法則を説明でき、電界の計算に用いることができる。 | 4 | |
| 導体の性質を説明でき、導体表面の電荷密度や電界などを計算できる。 | 4 | |
| 導体の性質を説明でき、導体表面の電荷密度や電界などを計算できる。 | 4 | |
| 誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 4 | |
| 誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 4 | |
| 静電容量を説明でき、平行平板コンデンサ等の静電容量を計算できる。 | 4 | |
| 静電容量を説明でき、平行平板コンデンサ等の静電容量を計算できる。 | 4 | |
| コンデンサの直列接続、並列接続を説明し、その合成静電容量を計算できる。 | 4 | |
| コンデンサの直列接続、並列接続を説明し、その合成静電容量を計算できる。 | 4 | |
| 静電エネルギーを説明できる。 | 4 | |
| 静電エネルギーを説明できる。 | 4 | |
| 磁性体と磁化及び磁束密度を説明できる。 | 4 | |
| 磁性体と磁化及び磁束密度を説明できる。 | 4 | |
| 電磁誘導を説明でき、誘導起電力を計算できる。 | 4 | |
| 電磁誘導を説明でき、誘導起電力を計算できる。 | 4 | |
| 電子工学 | 電子の電荷量や質量などの基本性質を説明できる。 | 4 | |
| 電子の電荷量や質量などの基本性質を説明できる。 | 4 | |
| エレクトロンボルトの定義を説明し、単位換算等の計算ができる。 | 4 | |
| エレクトロンボルトの定義を説明し、単位換算等の計算ができる。 | 4 | |
| 原子の構造を説明できる。 | 4 | |
| 原子の構造を説明できる。 | 4 | |
| パウリの排他律を理解し、原子の電子配置を説明できる。 | 4 | |
| パウリの排他律を理解し、原子の電子配置を説明できる。 | 4 | |
| 結晶、エネルギーバンドの形成、フェルミ・ディラック分布を理解し、金属と絶縁体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | |
| 結晶、エネルギーバンドの形成、フェルミ・ディラック分布を理解し、金属と絶縁体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | |
| 金属の電気的性質を説明し、移動度や導電率の計算ができる。 | 4 | |
| 金属の電気的性質を説明し、移動度や導電率の計算ができる。 | 4 | |
| 真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 4 | |
| 真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 4 | |
| 半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | |
| 半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | |
| 電力 | 電気エネルギーの発生・輸送・利用と環境問題との関わりについて説明できる。 | 4 | |
| 電気エネルギーの発生・輸送・利用と環境問題との関わりについて説明できる。 | 4 | |
| 計測 | SI単位系における基本単位と組立単位について説明できる。 | 4 | |
| SI単位系における基本単位と組立単位について説明できる。 | 4 | |