応用物理Ⅰa

科目基礎情報

学校 富山高等専門学校 開講年度 令和03年度 (2021年度)
授業科目 応用物理Ⅰa
科目番号 0091 科目区分 専門 / 選択
授業形態 授業 単位の種別と単位数 履修単位: 1
開設学科 機械システム工学科 対象学年 3
開設期 前期 週時間数 2
教科書/教材 高専の応用物理第2版(森北出版株式会社:小暮陽三監修:ISBN978-4-627-15102-4)
担当教員 豊嶋 剛司

到達目標

下記に挙げる物理現象を数式を用いて表現するだけでなく、それらが数学的に連動し、解析可能な事象であることを理解することを目標とする。
・力学(運動方程式、仕事と力、剛体、運動量保存則、角運動量、慣性モーメント)
・流体力学(剛体と弾性体の差異、完全流体、連続の方程式、ベルヌーイの定理)
具体的には下記ルーブリックの各項目が到達目標になる。

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
力学についてⅠ運動の3法則を理解し、問題文中から該当する式を導出し、計算ができる運動の3法則を説明でき、順序立った問題に課せられた式を導出し、計算ができる運動の3法則に基づく式の導出ができない
力学についてⅡ仕事と力の関係を理解し、微積分を活用して双方の導出ができる仕事と力が対応することを理解し、順序立った問題に課せられた式を導出し、計算ができる仕事と力の関係を理解せず、式の導出ができない
質点系の力学についてⅠ剛体の形状を微小部に分割して重心の導出ができる剛体の形状を分割した微小部に対し、重心を導出する式に適用ができる重心の導出ができない
質点系の力学についてⅡ運動量の導出と保存則を理解し、多次元空間において物体の衝突前後の挙動を正しく記述できる運動量の導出と保存則を理解し、1次元軸上での物体の衝突挙動を正しく記述できる運動量が説明できない
質点系の力学についてⅢ運動量と角運動量、並進運動と回転運動における力学的エネルギーの対応関係が説明できる角運動量や回転運動における運動エネルギーの導出ができる並進運動と回転運動の違いが説明できない
剛体の力学についてⅠ剛体を正しく理解し、質点等の集合体に分割・結合が使いこなせる剛体の力学的性質が微小部の集合として式に表し、計算ができる質点と剛体の区別がつかない
剛体の力学についてⅡ典型的な剛体の慣性モーメントを導出し、回転の運動方程式の計算と挙動を正しく記述ができる簡便な剛体の慣性モーメントを導出し、回転の運動方程式導出や計算ができる簡便な剛体の慣性モーメントの導出ができない
変形する物体についてⅠ剛体と弾性体の差異を理解し、材料の力学的挙動について説明ができる剛体と弾性体の差異を説明できる剛体と弾性体の差異を説明できない
変形する物体についてⅡ完全流体における連続の方程式やベルヌーイの定理を用いて流体の運動が導出できる完全流体における連続の方程式やベルヌーイの定理を記述し、簡便なケースにおける導出ができる連続の式やベルヌーイの定理が説明できない

学科の到達目標項目との関係

ディプロマポリシー 3 説明 閉じる

教育方法等

概要:
力学、流体力学における物理現象(ニュートンの運動法則・質点の運動・エネルギー保存則・剛体の運動・弾性体と完全流体を数式を用いて表現するだけでなく、それらが数学的に連動し、解析可能な事象であることを理解し、説明ができることを目標と定める。
授業の進め方・方法:
講義内容を振り返る演習や課題を通じて学生の理解度を適宜確認する。
注意点:
応用物理は物理学で学んできた知識を数学(特に微分・積分)の見地から見直し,基本的な概念を理解することが大切である.このことは,単に式を覚えるのではなく,演習問題を自分で考え,解いてみることが必要であり,関連図書や関連する参考書などを活用して自学習にも望んで欲しい.「応用」物理とあるように,この講義は物理学を基本とする科目であることから1~2年時に学んだ物理を再度勉強するつもりで臨むこと.本教科の内容に疑問が生じた時点で積極的に質問をすることが望ましい.なお,授業計画は学生の理解度に応じて変更する場合がある。
本科目では、60点以上の評価で単位を認定する。
評価が60点に満たない者は、願い出により追認試験を受けることができる。追認試験の結果、単位の修得が認められた者にあっては、その評価を60点とする。

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 ガイダンス
位置と速度、加速度の関係の復習
物理学で学んできた力学の基本式を復習する
2週 力学の基本Ⅰ
ニュートンの運動法則について学ぶ
運動の第一~第三法則の説明ができる
3週 力学の基本Ⅱ
重力と万有引力、慣性の法則について
万有引力の式から重力加速度の導出ができる。また慣性系について説明ができる
4週 力学の基本Ⅲ
仕事と運動エネルギー、位置エネルギーについて
保存力を理解し、位置エネルギーと力の関係を説明できる
5週 質点系の力学Ⅰ
重心の導出、運動量について
重心の導出ができる。運動量保存則を用いて物体の衝突前後の運動量が導出できる
6週 質点系の力学Ⅱ
力のモーメントと角運動量について
回転運動における運動方程式が記述できる
7週 前期中間試験
教科書の1~2章についての理解度・到達度を確認する
8週 答案返却・解説
2ndQ
9週 剛体の力学Ⅰ
剛体の回転軸周りの運動方程式について
剛体の定義が説明でき、微小部の回転運動方程式が記述できる
10週 剛体の力学Ⅱ
力のモーメントと慣性モーメントについて
回転運動の方程式から角速度の導出ができる
11週 剛体の力学Ⅲ
典型的な剛体における慣性モーメントの導出と回転運動における運動方程式の解法について
種々の形状をした剛体の慣性モーメントの導出ができる
12週 変形する物体Ⅰ
弾性体と完全流体について
剛体と弾性体の違いについて説明ができる
完全流体について説明ができる
13週 変形する物体Ⅱ
連続の方程式について
連続の方程式が記述でき、異なる地点における流速の計算ができる
14週 変形する物体Ⅲ
ベルヌーイの定理について
ベルヌーイの定理が記述でき、異なる地点における力学的エネルギーの導出ができる
15週 前期末試験 
教科書の3~4章についての理解度・到達度を確認する
16週 答案返却・解説

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
基礎的能力数学数学数学整式の加減乗除の計算や、式の展開ができる。3
因数定理等を利用して、4次までの簡単な整式の因数分解ができる。3
分数式の加減乗除の計算ができる。3
実数・絶対値の意味を理解し、絶対値の簡単な計算ができる。3
平方根の基本的な計算ができる(分母の有理化も含む)。3
複素数の相等を理解し、その加減乗除の計算ができる。3
解の公式等を利用して、2次方程式を解くことができる。3
因数定理等を利用して、基本的な高次方程式を解くことができる。3
簡単な連立方程式を解くことができる。3
無理方程式・分数方程式を解くことができる。3
1次不等式や2次不等式を解くことができる。3
恒等式と方程式の違いを区別できる。3
2次関数の性質を理解し、グラフをかくことができ、最大値・最小値を求めることができる。3
分数関数や無理関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。3
簡単な場合について、関数の逆関数を求め、そのグラフをかくことができる。3
累乗根の意味を理解し、指数法則を拡張し、計算に利用することができる。3
指数関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。3
指数関数を含む簡単な方程式を解くことができる。3
対数の意味を理解し、対数を利用した計算ができる。3
対数関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。3
対数関数を含む簡単な方程式を解くことができる。3
三角比を理解し、簡単な場合について、三角比を求めることができる。3
一般角の三角関数の値を求めることができる。3
角を弧度法で表現することができる。3
三角関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。3
加法定理および加法定理から導出される公式等を使うことができる。3
三角関数を含む簡単な方程式を解くことができる。3
2点間の距離を求めることができる。3
内分点の座標を求めることができる。3
2つの直線の平行・垂直条件を利用して、直線の方程式を求めることができる。3
簡単な場合について、円の方程式を求めることができる。3
積の法則と和の法則を利用して、簡単な事象の場合の数を数えることができる。3
簡単な場合について、順列と組合せの計算ができる。3
等差数列・等比数列の一般項やその和を求めることができる。3
総和記号を用いた簡単な数列の和を求めることができる。3
不定形を含むいろいろな数列の極限を求めることができる。3
無限等比級数等の簡単な級数の収束・発散を調べ、その和を求めることができる。3
ベクトルの定義を理解し、ベクトルの基本的な計算(和・差・定数倍)ができ、大きさを求めることができる。3
平面および空間ベクトルの成分表示ができ、成分表示を利用して簡単な計算ができる。3
平面および空間ベクトルの内積を求めることができる。3
問題を解くために、ベクトルの平行・垂直条件を利用することができる。3
空間内の直線・平面・球の方程式を求めることができる(必要に応じてベクトル方程式も扱う)。3
行列の定義を理解し、行列の和・差・スカラーとの積、行列の積を求めることができる。3
逆行列の定義を理解し、2次の正方行列の逆行列を求めることができる。3
行列式の定義および性質を理解し、基本的な行列式の値を求めることができる。3
線形変換の定義を理解し、線形変換を表す行列を求めることができる。2
合成変換や逆変換を表す行列を求めることができる。2
平面内の回転に対応する線形変換を表す行列を求めることができる。2
簡単な場合について、関数の極限を求めることができる。3
微分係数の意味や、導関数の定義を理解し、導関数を求めることができる。3
積・商の導関数の公式を用いて、導関数を求めることがができる。3
合成関数の導関数を求めることができる。3
三角関数・指数関数・対数関数の導関数を求めることができる。3
逆三角関数を理解し、逆三角関数の導関数を求めることができる。3
関数の増減表を書いて、極値を求め、グラフの概形をかくことができる。3
極値を利用して、関数の最大値・最小値を求めることができる。3
簡単な場合について、関数の接線の方程式を求めることができる。3
2次の導関数を利用して、グラフの凹凸を調べることができる。3
関数の媒介変数表示を理解し、媒介変数を利用して、その導関数を求めることができる。3
不定積分の定義を理解し、簡単な不定積分を求めることができる。3
置換積分および部分積分を用いて、不定積分や定積分を求めることができる。3
定積分の定義と微積分の基本定理を理解し、簡単な定積分を求めることができる。3
分数関数・無理関数・三角関数・指数関数・対数関数の不定積分・定積分を求めることができる。3
簡単な場合について、曲線で囲まれた図形の面積を定積分で求めることができる。3

評価割合

定期試験レポート、課題合計
総合評価割合8020100
基礎的能力602080
専門的能力20020