到達目標
【目的】私たちの身の回りには、海岸に打ち寄せる波、音のまわり込み、蜃気楼に見られる光の屈折など波動現象が多くみられる。この波動現象の理解は、工学や物理を学ぶための基礎となる。波の直感的イメージを、実験や演示実験を通して把握する定性的理解と、作図やグラフに基づいて、数式表現を通した定量的理解とを両立できること。
【目標】
1.波動の諸現象の定義がいえること、物理的状況を図にかけること
2.物理法則の説明・計算ができること
3.複雑な系に対しても、既習の要素に正しく切り分け、問題解決につなげることができること
※物理の実験レポートは、主語と述語を必ず対応させて表現できるようになることを目標とする。(伝わらないレポートは減点。不備レポートは0点または大幅減点。)
※ノート課題では、範囲表の裏面全面糊付けして貼り付けることは必須とする。(満たしていない場合は大幅減点。)
※テスト直しでは、問題を貼り付けることは必須である。正答した問題も含めて大問3題以上すべてやり直すこと。(条件を満たしていない場合は大幅減点。)教科書・ノート・問題集にはクラス番号名前をマジックで書くこと。
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 | 到達レベルの目安(可) | 未到達レベルの目安 |
波動の諸現象の定義が言える・作図ができる | 定義や物理的背景を自分の言葉で説明できる | 定義や物理的背景を覚えている | 教科書を見れば、定義や物理的背景の書いてある場所が分かる。 | 定義や物理的背景を覚えていない |
実験結果や原理に基づいて論理的に説明できる(作図による説明も含む) | 物理の重要な結果を定義に戻って論理的に説明できる | 実験結果や定義に基づいて物理的状況を整理できる | グラフの縦軸・横軸の物理量が言える。傾きの物理的意味が説明できる。 | 物理的状況を整理できない |
未知の問題に対しても物理法則の説明・計算ができる | 解答方針を自ら立てることができる。分からないなりに、問題を整理し、解決方法を自ら考えられる。 | 答えを見れば、解答方針を理解できる。何が分からないかを表現できる。質問できる。 | 問題集の解答・解説の意味が分かる。分かっていない部分があることは自覚できる。 | 答えを見ても解答方針さえも立てられず、解答が何を説明しているのかわからず、自分が何がわからないのかもわからない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
学生は、演示実験や実験を行いながら、波動現象の直感的イメージを意識的につかむように努力する。学生は、考える時に図やグラフをなるべく書くように意識し、(暗記ではなく)数式表現とのつながりを大切にすること。方程式の「日本語訳」等により、言語と数式を融合させながら論理性を培う。授業は対話的に行われるので、なるべく前を向いて授業中に考える癖をつけ、授業を止めてでも思いついた瞬間に「新鮮な」素朴な疑問を質問することで波動現象の理解が深めていってほしい。
授業の進め方・方法:
波動の基礎として、直線状を伝わる波、平面上を伝わる波を取り扱う。平面上を伝わる波の応用として、水の波の実験を行う。(波の導入に力学「変位、速度、加速度、力のつり合い、運動方程式、円運動、単振動、エネルギー」の理解が必要なので、適宜復習する)音波や光波を扱う。
注意点:
授業の欠課数が1/3以上でD評価となる。提出物は、締め切りまでに必ず出すこと。成績評価方法は、基本的にシラバス通りに行う。(コロナ感染症対応が必要な場合は除く。)定期試験などで初見の問題にも対応できるよう、普段から授業をよく聞き、暗記型学習から脱却できるよう努力すること。本試験も再試験も、各テストで示される基準以上の物理的思考力を持っているかを確認することが趣旨なので、理解しておいてほしい。ただし、再試験は実施するとは限らない。実施する場合は再試験のみで60点以上が合格の基準である。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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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,物理現象の表現(物理と数学の違い,単位とグラフ,傾きと切片,運動方程式の意味),円運動の導入 |
授業方法の説明と、グラフ・数式表現の取扱いの注意点が分かる・紛らわしい概念(速度・加速度)の区別。
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2週 |
[直線上を伝わる波への導入]等速円運動、位相、単振動と正弦波(波源の振動とy-tグラフ) |
直線上を伝わる波の問題設定を説明できる。等速円運動変位・速度・加速度を説明できる。
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3週 |
[直線状を伝わる波への導入:波源の理解のために]単振動と正弦波の式、位相、初期位相、横波と縦波 |
単振動の特徴の理解の下、波源の振動、離れた点では振動が遅れて伝わることから、波形を説明できる。
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4週 |
直線上を伝わる(応物実験室で授業)波形、山、谷、周期、波の基本式、 |
直線状を伝わる波の特徴を定量的に説明できる。波の速さが、距離(波長)÷時間(周期)になる説明できる。
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5週 |
実験:反射と屈折 |
反射,屈折による光線の進路変化を特徴づけられる。
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6週 |
波の重ね合わせ(応物実験室で授業)、反射による位相の変化、光の反射と屈折の実験的基礎、屈折の法則 |
横波と縦波の違い,波の重ね合わせの作図,定常波の生じるときの特徴,反射と屈折の進路変化を説明できる。
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7週 |
前期中間試験 |
前期中間試験のやり直しは、提出物としての課題。
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8週 |
定常波・腹・節、(2次元の波)波面とホイヘンスの原理、波の反射と屈折へのホイヘンスの原理の応用、波の干渉 |
定常波を説明できる。2次元的に進行するの波の進行方向と波面を作図できる、ホイヘンスの原理を用いて反射、屈折や干渉が生じる仕組みを説明できる。
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2ndQ |
9週 |
全反射、音波の発生、音の反射・屈折・干渉・回折 |
全反射が屈折の応用として説明できる。音とは何かが説明できる。うなり、弦の固有振動が説明できる。
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10週 |
復習、うなり、弦の固有振動・共鳴・共振、復習 |
発音体の固有振動(定常波)の図を描いて、波長と管の長さの関係を求めることができる。
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11週 |
実験:水波の実験 1 |
水波の波面の読取、その特徴づけ、水波の進路の特徴づけを行いつつ、干渉の背後の法則が読み取れる。
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12週 |
回折格子、光路長、分散・散乱・偏光、発音体の固有振動(閉管、開管)、復習 |
光路長の説明ができる、音が生じる原因を説明できる
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13週 |
ヤングの実験解説[前半]ヤングの実験における経路差の導出、[後半]光の回折・干渉の実験、 |
図を描いて、立式ができる。回折や干渉の実験的特徴を説明できる。
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14週 |
発音体の固有振動(閉管、開管) |
開管・閉管の定常波が作図できる。
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15週 |
前期末試験
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前期末試験の解説で誤ったポイントが分かる
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16週 |
オプション:ドップラー効果、自然光・偏光・分散の現象、薄膜の干渉、音波全般 |
授業進度により、音波全般は後期に回すことがある。
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
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 |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 75 | 0 | 0 | 0 | 0 | 25 | 100 |
基礎的能力 | 55 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 75 |
専門的能力 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 5 |