応用物理Ⅱ

科目基礎情報

学校 群馬工業高等専門学校 開講年度 令和06年度 (2024年度)
授業科目 応用物理Ⅱ
科目番号 4E009 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 電子メディア工学科 対象学年 4
開設期 通年 週時間数 2
教科書/教材 前期教科書 : 「振動と波」 : 長岡 洋介 : 裳華房 : ISBN4-7853-2045-1, 教科書 : 熱力学 : 三宅哲 : 裳華房: 978-4-7853-2035-5
担当教員 五十嵐 睦夫,塚原 規志

到達目標

群馬高専独自 □ 状態量を用いて熱力学量を記述することができる.
       □ 熱力学第一法則と定積変化・定圧変化・等温変化・断熱変化について説明できる。 MCC
       □ 不可逆過程について具体例を挙げることができる。  MCC
       □ 熱機関の熱効率に関する計算ができる。 MCC
群馬高専独自 □ 熱力学第1法則に習熟し ,多変数関数の微積分のテクニックを用いて熱力学の典型的な問題を解くことができる.
群馬高専独自 □ 熱力学第2法則に習熟し, 多変数関数の微積分のテクニックを用いて熱力学の典型的な問題を解くことができる.
群馬高専独自 □ 多自由度系における質点の運動方程式が書ける.
群馬高専独自 □ 運動方程式を解き, 規準モードを求めることができる.
群馬高専独自 □ フーリエ解析を用いて, 連続体の振動を解析することができる.
群馬高専独自 □ それらの知識を, 実際の現象に応用することができる.

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熱力学第 1法則について習熟し, 多変数関数の微積分のテクニックを用いて , 応用的な問題に関する熱力学量を求めることができる.熱力学第 1法則について習熟し, 多変数関数の微積分のテクニックを用いて , 基本的な問題に関する熱力学量を求めることができる.熱力学第 1法則について習熟しておらず, 多変数関数の微積分のテクニックを用いて , 基本的な問題に関する熱力学量を求めることができない.
評価項目2熱力学第2法則と熱力学関数について習熟し, 多変数関数の微積分のテクニックを用いて, 応用問題を解くことができる.熱力学第2法則と熱力学関数について習熟し, 多変数関数の微積分のテクニックを用いて, 基本問題を解くことができる.熱力学第2法則と熱力学関数について習熟しておらず, 多変数関数の微積分のテクニックを用いて, 基本問題を解くことができない.
評価項目3連成振動の運動方程式を解析し, 規準振動を導くことができる. またこれを利用して, 対応する物理現象に応用することができる.連成振動の運動方程式を解析し, 規準振動を導くことができる. 連成振動の運動方程式を解析し, 規準振動を導くことができない.
評価項目4波動方程式を理解し, 波動方程式の境界値問題の一般解を導くことができる. またこれを利用して, 対応する物理現象に応用することができる.波動方程式を理解し, 波動方程式の境界値問題の一般解を導くことができる.波動方程式を理解し, 波動方程式の境界値問題の一般解を導くことができない.

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

概要:
前期は微分方程式および行列のテクニックを用いた, 大学教養程度の線型の振動・波動現象に関する基本的な理論を学習する.
後期は多変数関数の微積分のテクニックを用いた, 大学教養程度の熱力学の 基本的な理論を学習する.
授業の進め方・方法:
座学
注意点:
様々な学問の中でも、 物理学はその修得に著しい困難を感じる学生が特に多い学問である。復習を中心に、日頃から地道に学習に努める必要がある。また、一人では解決できそうにない疑問点を納得できないまま何日も放置しではならない。疑問点は一人で抱え込んだりせず、その都度で先生や物理の得意な級友に質問して教えてもらうことを強く勧める。そして、 応用物理Ⅰの内容(運動方程式の立て方およびその解き方)の復習と高校物理の内容(波動および熱力学)の復習をしておくべきである。

成績評点は、前期と後期で独立して積算する。前期分と後期分の算術平均が学年成績となる。なお、「評価割合」の欄では小テスト20%となっているが、前期については以下の別規定[1][2]に基づく評価をおこなう。

・別規定[1]
 成績評点における基本評価の算出比率は以下の通りとする。基本大テストに対して真摯な対応をすることが重要である。

  基本課題20%
  基本大テスト40%
  前期中間試験20%
  前期定期試験20%

・別規定[2]
 基本評価で前期成績が60点に至らない場合は追加評価を行う。その際には追加課題を課した上で追加大テストを行い、下記の算出比率を適用する。ただし、追加評価による前期分評点の上限は60点とする。

  課題(基本および追加)40%
  大テスト(基本および追加)30%
  前期中間試験5%
  前期定期試験5%

なお、いずれの別規定も前期へのみ適用される。後期については「評価割合」の欄に記載のとおりとする。

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 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 1自由度の振動(1) 単振動タイプの運動方程式を解析できる.
2週 1自由度の振動(2) 減衰振動と強制振動の運動方程式を解析できる.
3週 2自由度系の連成振動(1) 2自由度系の連成振動について運動方程式を立てて, 解くことができる.
4週 2自由度系の連成振動(2) 2自由度系の振動モード, 基準座標について説明ができる.
5週 少数多体系の連成振動(1) 少数多体系の運動方程式を立てて, 解くことができる.
6週 少数多体系の連成振動(2) 少数多体系の振動モード, 基準振動, 分散関係, 境界条件について説明できる.
7週 中間試験
8週 一般の連成振動 一般の連成振動の運動方程式を立てることができる.
2ndQ
9週 連続体の振動(1) 連成振動の連続極限を取り, 連続体の波動方程式を導くことができる.
10週 連続体の振動(2) 波動方程式の解析ができる.
11週 連続体の振動(3) 波動方程式を初期条件, 境界条件を入れて解くことができる.
12週 連続体の振動(4) フーリエ変換を用いた波動方程式の解析ができる.
13週 連続体の振動(5) 波動方程式のダランベールの解について解析できる.
14週 振動・波動現象の応用(4) 2, 3次元の波について問題を解くことができる.
15週 まとめと応用 振動・波動の応用問題を解くことができる.
16週 定期試験
後期
3rdQ
1週 熱力学の基礎(1) 経験的温度, 絶対温度について説明できる. 理想気体の諸性質を理解できる
2週 熱力学の基礎(2) 気体の状態方程式、示量変数と示強変数について理解している。
3週 熱力学第1法則(1) 熱力学第1法則について説明できる. 可逆変化と準静的変化について説明できる.
4週 熱力学第1法則(2) 熱力学第1法則を用いて, 定圧熱容量・定積熱容量を計算できる.
5週 熱力学第1法則(3) 熱サイクル・熱効率の概念を理解し, 説明できる.
6週 熱力学第1法則(4) 理想気体の様々な熱サイクルについて効率が計算できる.
7週 熱力学第2法則(1) 熱力学第2法則を理解し, トムソンの原理とクラウジウスの原理について説明できる
8週 中間試験
4thQ
9週 熱力学第2法則(2) カルノーの定理について説明できる.
10週 熱力学第2法則(3) クラウジウスの不等式について説明できる. エントロピーについて説明できる.
11週 熱力学第2法則(4) エントロピー増大則について説明できる.
12週 熱力学第2法則(5) エントロピーに関する問題を解くことができる.
13週 熱力学関数(1) 基本的な熱力学関数とルジャンドル変換について理解している.
14週 熱力学関数(2) 熱力学関数から導かれるマクスウェルの関係式について理解している.
15週 後期定期試験
16週 答案返却、相転移現象 試験に関する説明が理解できる。相転移現象の例が理解できる。

評価割合

試験小テスト等合計
総合評価割合8020100
基礎的能力502070
専門的能力30030