物理学Ⅳ

科目基礎情報

学校 木更津工業高等専門学校 開講年度 平成31年度 (2019年度)
授業科目 物理学Ⅳ
科目番号 0095 科目区分 一般 / 必修
授業形態 授業 単位の種別と単位数 履修単位: 1
開設学科 電子制御工学科 対象学年 3
開設期 後期 週時間数 2
教科書/教材 教科書: 原康夫著『第5版物理学基礎』学術図書出版社,2016年,2592円(税込) / 教材:適宜資料を配布する
担当教員 福地 健一

到達目標

 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)物質と波動の相互作用について理解することを目標にする。

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自ら運動方程式を立て,合理的方法で解くことができる。与えられた運動方程式を解くことができる。与えられた運動方程式を解くことができない。
評価項目2平行板電極中の電子の振る舞いを数式を用いて解析することができる。電場強度及び電場中で電子の受ける力を求めることができる。電場強度及び電場中で電子の受ける力の計算ができない。
評価項目3光の粒子性及び電子の波動性についてを定量的な解析をすることができる。光の粒子性及び電子の波動性を定性的に説明することができる。光の粒子性及び電子の波動性を定性的に説明することができない。

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。
授業の進め方と授業内容・方法:
資料配布及び板書によって,極力丁寧に説明を行う。説明が分かりづらい場合は,躊躇せずにその場で質問すること。また,説明の直後に,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,バインダー等に綴じて保存すること。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)で総合評価する。

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
後期
1週 速度と加速度,力と仕事,力積,位置エネルギー 微積分を用いて,各物理量を求めることができる。
2週 速度ベクトルと加速度ベクトル ベクトルの微分を用いた等速円運動の解析ができる。
3週 ニュートンの運動法則
真空中での自由落下
ニュートンの運動3法則を説明することができる。
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。
4週 空気中での自由落下(粘性抵抗がある場合) 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。
5週 単振動 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。
6週 減衰振動1 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。
7週 減衰振動2 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。
8週 中間試験 既習得領域の基礎問題を解くことができる。
9週 電場中の荷電粒子の運動 平行板電極中の電子の振る舞いを数式を用いて解析することができる。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。
10週 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。
11週 光電効果 光量子の考え方に基づき,光電効果を説明することができる。
12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。
13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。
光子と電子の弾性散乱において,エネルギー及び運動量保存の関係を式で表すことができる。
14週 ド・ブロイの関係式と物質波の波長 粒子線のドブロイ波長を求めることができる。
15週 後期定期試験 既習得領域(第9週以降)の基礎問題を解くことができる。
16週 後期定期試験の返却及び解説

評価割合

試験取組状況相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合80200000100
基礎的能力80200000100
専門的能力0000000
分野横断的能力0000000