物理学の学習を通して，物体（粒子，流体など）およびエネルギー（熱，光など）の相互作用の中に見出される普遍的自然法則を，物理量間の数学的関係を求めることで解き明かすことを目的としている。法則を知ることで，未知なる現象に対する予測することができるようになることを目標とする。 物理学Ⅳでは，(1)典型的な力学現象に対して微積分を用いた解析ができるようになること，(2)電場中での荷電粒子の運動を解析することができる，(3)物質と波動の二重性について理解することを目標にする。
概要:
前半は，「微積分を用いた力学解析の基礎」について学ぶ。特にニュートンの運動方程式（微分方程式）の立法及び解法を重点的に学ぶ。後半は「近代物理の基礎」として，光の粒子性及び電子の波動性についいて学ぶ。
授業の進め方・方法:
資料配布及び授業スライドによって，極力丁寧に説明を行う。説明を理解する上で，関連する例題演習（あらかじめ資料で配布）を実施する。自分の力で丁寧なノートを作成し，授業時間内に問題演習もきちんとこなすこと。
注意点:
ノート作成を授業への取組状況の一部として評価する（B5判30頁程度の冊子式ノートを各自準備すること。ルーズリーフは不可。物理学Ⅲの続きでも可）。B5判の資料を配布するので，紛失しないように保存すること。数式を使った解析が多くなるが，単なる「数遊び」に終わってはならない。物理現象を言葉によって正確に説明できるよう，常に心がけること。人に言葉で説明できないことは，真に理解したことにはならない。成績は中間試験，定期試験及び授業への取組状況（ノート作成，出席状況，課題提出，Formsでの確認テスト）で総合評価する。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガイダンス，ガリレイとニュートンの仕事，速度と加速度，力と仕事，力積 |
古典力学が確立された背景を知る。微積分を用いて，各物理量（速度，加速度，仕事，力積）を求めることができる。
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| 2週 |
ベクトルの微分，ニュートンの運動法則 |
ベクトルの微分を用いて等速円運動の解析ができる。ニュートンの運動3法則を説明することができる。
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| 3週 |
真空中での自由落下
空気中での自由落下（1） |
真空中での自由落下について，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。粘性抵抗の性質を理解し，それが作用する場での落下運動について運動方程式を立てることができる。
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| 4週 |
空気中での自由落下（2）
単振動の運動方程式 |
粘性抵抗が作用する場での落下運動について，運動方程式を解き，速度や変位を求め，それをグラフ化することができる。単振動の運動方程式を立てることができる。
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| 5週 |
単振動の運動方程式の解
減衰振動（1） |
単振動について，与えられた解と初期条件を運動方程式に代入することで，角振動数および任意定数（振幅振幅と初期位相）を求めることができる。連結バネの運動方程式を立てることができる。減衰振動の運動方程式を立てることができる。
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| 6週 |
減衰振動（2） |
減衰振動の運動方程式について，特性方程式を解くことで，一般解を求めることができる。
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| 7週 |
減衰振動（3） |
減衰振動について，減衰率の違いが微分方程式の解に与える影響を説明することができる。変位と時間の関係をグラフ化することができる。
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| 8週 |
中間試験 |
力学の基礎に関する基礎問題および応用問題を解くことができる。
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| 4thQ |
| 9週 |
電場中の荷電粒子の運動（予備知識） |
オームの法則より電流を求め，単位時間に電子が移動する数を計算することができる。クーロンの法則を用いて荷電粒子間に働く力の大きさを求めることができる。平行板電極中に生ずる電場を求め，電場中で荷電粒子がどのように運動するか解析することができる。
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| 10週 |
量子とは
光の量子説 |
量子とは何かを説明することできる。光子エネルギーの計算ができる。
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| 11週 |
光電効果（1） |
光電効果がどのような現象であるか説明することができる。光電効果を利用した光電管について仕組みや用途を理解する。
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| 12週 |
光電効果（2） |
光量子の考え方に基づき，光電効果を理論的に説明することができる。
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| 13週 |
X線の性質と発生メカニズム |
X線の性質と発生メカニズムを説明することができる。X線管の加速電圧より発生X線の最短波長を求めることができる。
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| 14週 |
コンプトン効果 |
光子の相対論的運動量を求めることができる。電子による光子の弾性散乱において，エネルギー及び運動量が保存されることを数式を用いて表すことができ，それらを基にコンプトンの実験結果を説明することができる。
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| 15週 |
ド・ブロイの関係式と物質波の波長
※ノート提出 |
粒子線にも波動性があることを理解し，それのド・ブロイ波長を求めることができる。
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| 16週 |
まとめ |
物理学Ⅳで学習した内容について，体系的に理解する。
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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 |
| 基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 力学 | 速度と加速度の概念を説明できる。 | 3 | |
| 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扱うことができる。 | 3 | |
| 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 | |
| 自由落下、及び鉛直投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 3 | |
| 水平投射、及び斜方投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 3 | |
| フックの法則を用いて、弾性力の大きさを求めることができる。 | 3 | |
| 慣性の法則について説明できる。 | 3 | |
| 作用と反作用の関係について、具体例を挙げて説明できる。 | 3 | |
| 運動の法則について説明できる。 | 3 | |
| 運動方程式を用いた計算ができる。 | 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 | |
| 物体の質量と速度から運動量を求めることができる。 | 3 | |
| 運動量の差が力積に等しいことを利用して、様々な物理量の計算ができる。 | 3 | |
| 運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 3 | |
| 単振動における変位、速度、加速度、力の関係を説明できる。 | 3 | |
| 等速円運動をする物体の速度、角速度、加速度、向心力に関する計算ができる。 | 3 | |
| 電気 | 導体と不導体の違いについて、自由電子と関連させて説明できる。 | 3 | |
| クーロンの法則が説明できる。 | 3 | |
| クーロンの法則から、点電荷の間にはたらく静電気力を求めることができる。 | 3 | |
| 電場・電位について説明できる。 | 3 | |
| オームの法則から、電圧、電流、抵抗に関する計算ができる。 | 3 | |