応用物理Ⅱ

科目基礎情報

学校	長野工業高等専門学校	開講年度	令和04年度 (2022年度)
授業科目	応用物理Ⅱ
科目番号	0042	科目区分	専門 / 必修
授業形態	授業	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	機械工学科	対象学年	4
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	教科書：柴田洋一他「力学II」(大日本図書) ，柴田洋一他「熱・波動」(大日本図書) 参考文献：岡 真「質点系の力学～ニュートンの法則から剛体の回転まで」，佐々木一夫「熱力学～エントロピーを理解するために」（ともに共立出版）柴田洋一他「電磁気・原子」(大日本図書)参考書：原康夫「物理学」(学術図書出版)，和達三樹ほか「ゼロからの熱力学と統計力学」(岩波書店)，砂川重信「量子力学の考え方」(岩波書店)，ファインマン「ファインマン物理学IV，V」(岩波書店)
担当教員	奥村 紀浩

到達目標

力学では，角運動量をキーワードに剛体の運動の解法を身につける．熱力学では，気体の分子運動論より熱と温度の違いを説明すること，及び，熱力学の第一法則から，気体の比熱を説明できること，これらの内容を満足する事で，学習・教育目標の（C-１）の達成とする．

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
本講義の範囲内での剛体の物理について	角運動量や力のモーメントを用いて，剛体の並進運動のみならず，回転運動も説明することが十分にできる．	角運動量や力のモーメントを用いて，剛体の並進運動のみならず，回転運動も説明することがある程度はできる．	角運動量や力のモーメントを用いて，剛体の並進運動のみならず，回転運動も説明することがまったくできない．
本講義の範囲内での熱力学について	熱，温度，比熱といった熱力学の様々な物理量の説明をすることが十分にできる．	熱，温度，比熱といった熱力学の様々な物理量の説明をすることがある程度はできる．	熱，温度，比熱といった熱力学の様々な物理量の説明をすることがまったくできない．

教育方法等

概要:

剛体力学と熱力学を学習する．応用物理Iで学んだ質点力学を発展させて，質点が多数集まった多粒子系やさらには剛体の運動を取り扱う．熱力学では微視的な構成要素を考慮しつつ，系全体としての巨視的なエネルギーのやり取りを考えることで，熱力学的諸性質を導く．

授業の進め方・方法:

・授業方法は講義を中心とし，定期的に演習を行なう．
・レポート課題を課すので，期限に遅れず提出すること．

なお，この科目は学修単位科目であり，授業時間30時間に加えて，自学自習時間60時間が必要である．事前・事後学習として課題等を与える．

注意点:

＜成績評価＞　試験（６0％），課題等のレポート（４0％）の合計100点満点で（C-1）を評価する．６割以上を獲得した者をこの科目の合格者とする．
＜オフィスアワー＞放課後 16:00 ～ 17:00，機械工学科棟３Ｆ奥村教員室．この時間にとらわれず必要に応じて来室可．
＜先修科目・後修科目＞先修科目は物理Ⅰ，物理Ⅱ，応用物理Ⅰとなる．
＜備考＞1-3年次の物理や化学の内容を理解していること共に，数学（微分，積分，微分方程式，ベクトル，ベクトル解析，行列）が自由に使えることが大切である．各回の講義内容を整理・復習し，自分なりの理解をもつことが大切である．

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	運動の記述	微分で書いた運動方程式を復習し，特に質量が変化する運動について分析することができる．
		2週	角運動量と力のモーメント	質点の回転運動を角運動量で表し，その保存則を導く.また，力のモーメントを考察し，角運動量との関係を理解できる．
		3週	多粒子系の運動	多粒子系の運動を分析的に解析することができる．
		4週	剛体の運動（１） 〜剛体のつりあい〜	剛体の運動を，前週の多粒子系の運動の延長ととらえて解析することができる．特に剛体のつりあいに関する問題を解くことができる．
		5週	慣性モーメント	慣性モーメントについて理解し，典型的な形状の剛体について，それを求めることができる．
		6週	剛体の運動方程式	慣性モーメントを用いて運動方程式を書き下し，簡単な問題を解くことができる．
		7週	剛体の運動（２） 〜平面内での剛体の運動〜	剛体の平面内での運動が解くことができる．
		8週	熱と温度	熱と温度の違いが説明できる．
	4thQ
		9週	気体	気体の温度を分子運動から導くことができる．
		10週	熱力学第一法則	熱力学の範囲まで拡張したエネルギー保存則を活用し，問題を解くことができる．
		11週	気体の状態変化	気体を状態変化させたときの内部エネルギー，仕事などの物理量を求めることができる．
		12週	理想気体の比熱	理想気体の比熱と自由度の関係が説明できる．
		13週	熱機関	熱機関の効率を求めることができる．
		14週	熱力学第二法則	エントロピーを導き，その意味を理解することができる．
		15週	学年末達成度試験
		16週	後期学習内容の振り返り	剛体力学，熱力学のまとめを行なう．

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	自然科学	物理	力学	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。	2
				力のモーメントを求めることができる。	2	後1,後2,後3
				角運動量を求めることができる。	2	後2,後3
				角運動量保存則について具体的な例を挙げて説明できる。	2	後2,後3
				剛体における力のつり合いに関する計算ができる。	2	後4
				重心に関する計算ができる。	2	後4
				一様な棒などの簡単な形状に対する慣性モーメントを求めることができる。	2	後5,後6
				剛体の回転運動について、回転の運動方程式を立てて解くことができる。	2	後7
			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。	2	後9,後10,後15
				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。	2	後9
				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。	2	後9
				物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。	2	後9
				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。	2	後9
				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。	2	後9,後10
				気体の内部エネルギーについて説明できる。	2	後10,後11
				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。	2	後11
				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。	2	後12
				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。	2	後12
				熱機関の熱効率に関する計算ができる。	2	後13

評価割合

	試験	小テスト	平常点	レポート	その他	合計
総合評価割合	60	10	15	15	0	100
配点	60	10	15	15	0	100