この授業を通じて、熱力学的な見方・考え方を身につけ、自然現象を巨視的に捉えた議論ができる力を養う。物理IIIでは、次のような到達目標を設定する。
1. 有効数字の計算を正しく行うことができる。
2. 温度と気体分子運動の関係性を理解する。
3. 熱と仕事の関係性を学び、熱力学第一法則を理解する。
概要:
初めに、今後学んでいく物理学や実験に備えて、有効数字の考え方を学ぶ。その後、熱や温度、比熱など熱力学の基本事項を理解し、気体の巨視的な性質を記述する状態方程式や熱力学第一法則を理解する。さらに、これらに関する基本的な計算ができるようになるおことが目標である。物理Iで学んだ力学とも関連づけながら、物質の微視的な性質と巨視的な性質の繋がりを知る。
授業の進め方・方法:
講義形式で行うとともに、1,2回程度の実験も交えて授業を行う。実験を行なった場合はレポートを作成し、講義内容に関しても簡単な課題を課すことがある。
注意点:
評価割合の項目別では、それぞれ次のような評価を行う。「試験」は中間試験・期末試験の成績である。「レポート」は、実験レポートや講義内容に関する課題の成績である。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス・有効数字の計算法 |
有効数字の計算を正しく行うことができる。
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| 2週 |
温度と熱（セ氏温度・絶対温度・ジュールの実験） |
セ氏温度と絶対温度の違いを理解し、熱がエネルギーのいち形態であることを理解できる。
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| 3週 |
熱容量と比熱 |
熱容量と比熱を説明し、これに関する基本的な計算ができる。
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| 4週 |
熱の諸性質（潜熱・状態変化） |
熱が物質の温度上昇だけでなく、状態変化にも使われることが理解できる。
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| 5週 |
実験「比熱の測定」 |
比熱の測定法を理解し、物質ごとに比熱が異なることがわかる。
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| 6週 |
気体分子運動と理想気体の状態方程式 |
比熱の測定法を理解し、物質ごとに比熱が異なることがわかる。
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| 7週 |
状態方程式とボイルの法則・シャルルの法則 |
理想気体の状態方程式からボイルの法則とシャルルの法則を導くことができる。
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| 8週 |
前期中間試験 |
前期中間試験を行う。
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| 2ndQ |
| 9週 |
気体分子運動と内部エネルギー |
気体分子運動から内部エネルギーを導き、温度との関係性を理解できる。
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| 10週 |
気体の内部エネルギーと仕事 |
物理Iで学んだ力学と対応づけながら、気体による仕事と熱量の関係を理解できる。
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| 11週 |
熱力学第一法則 |
前時での内容をもとに、熱力学第一法則を理解できる。
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| 12週 |
定圧変化・定積変化 |
熱力学第一法則を定圧・定積条件下に適用できる。
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| 13週 |
実験「気体温度計」 |
気体温度計の原理を熱力学第一法則と関連づけて理解できる。
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| 14週 |
等温変化・断熱変化 |
熱力学第一法則を等温・断熱条件下に適用できる。
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| 15週 |
本科目のまとめ |
本科目で学んだ内容を概観できる。
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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 |
| 基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 熱 | 原子や分子の熱運動と絶対温度との関連について説明できる。 | 3 | 前7,前8 |
| 時間の推移とともに、熱の移動によって熱平衡状態に達することを説明できる。 | 3 | 前1 |
| 物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 3 | 前5 |
| 熱量の保存則を表す式を立て、熱容量や比熱を求めることができる。 | 3 | 前5 |
| 動摩擦力がする仕事は、一般に熱となることを説明できる。 | 3 | 前1 |
| ボイル・シャルルの法則や理想気体の状態方程式を用いて、気体の圧力、温度、体積に関する計算ができる。 | 3 | 前8 |
| 気体の内部エネルギーについて説明できる。 | 3 | 前10 |
| 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。 | 3 | 前12,前13 |
| エネルギーには多くの形態があり互いに変換できることを具体例を挙げて説明できる。 | 3 | 前7 |
| 不可逆変化について理解し、具体例を挙げることができる。 | 3 | 前14 |
| 熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 3 | 前14 |
| 物理実験 | 物理実験 | 測定機器などの取り扱い方を理解し、基本的な操作を行うことができる。 | 3 | 前6,前9 |
| 安全を確保して、実験を行うことができる。 | 3 | 前6,前9 |
| 実験報告書を決められた形式で作成できる。 | 3 | 前6,前9 |
| 熱に関する分野に関する実験に基づき、代表的な物理現象を説明できる。 | 3 | 前6,前9 |
| 工学基礎 | 工学実験技術 | 工学実験技術 | 物理、化学、情報、工学における基礎的な原理や現象を明らかにするための実験手法、実験手順について説明できる。 | 3 | 前6 |
| 実験装置や測定器の操作、及び実験器具・試薬・材料の正しい取扱を身に付け、安全に実験できる。 | 3 | 前6 |
| 実験テーマの目的に沿って実験・測定結果の妥当性など実験データについて論理的な考察ができる。 | 3 | 前6 |
| 実験ノートや実験レポートの記載方法に沿ってレポート作成を実践できる。 | 3 | 前6 |