物理学の学習を通じて、自然現象を系統的、論理的に考えていく能力を養い、広く自然の諸現象を科学的に解明するための物理的な見方、考え方を身につけること。さらに、物理学は科学技術を学ぶための極めて重要な基礎であり、多くの分野において科学技術の発展に欠かせない知識であることを認識すること。以上を基本目標とする。
物理２では、(1)物体の運動や波動に関する様々な現象を、物理法則と関連づけて考えることができる、(2)物体の運動に関する基礎的な計算をすることができる、(3)粒子性と波動性の違いを理解し、波動に関する基礎的な計算をすることができる、ことを目標とする。
概要:
物体の運動に関する単元の中で力学的エネルギー保存則、等速円運動、単振動、万有引力の法則、および波動に関する単元について学ぶ。「力学的エネルギー保存則」や「単振動」、「音」、「光」など、自然現象を理解するだけでなく科学技術に応用する上で、極めて基礎的、かつ重要な内容が含まれている。物体の運動や波動に関する基礎的な計算ができるようになることが目標である。
授業の進め方・方法:
自学自習を柱として、授業は、講義と演習、実験・実習から成る。主に講義と演習により、自然への理解を深め、物理学に関する知識の習得を図る。
物理２の学習においては、演習への積極的な取り組みが推奨される。演習の成績は、単元の学習目標への到達度を、学習者が客観的に確認するための一つの目安となる。
注意点:
・授業で課せられる演習問題や課題への解答の提出が求められる。演習問題の解答は満点を取るまで再提出のこと。
・授業の内容はノ－トに書き留めておくこと。学んだことを確認するのに役立ちます。疑問があれば，自分で調べ，考えてみよう。解決できなければ、校友と討論したり、あるいは担当教員に質問してください。練習問題を数多く解くのも一つの学習方法です。日々の学習努力が求められます。
・評価割合の項目別に、以下の評価が行われる。
「試験」は年間に4回実施される定期試験の成績である。
「ポートフォリオ」は演習解答、自己評価報告、課題報告、実験報告、CBTトライアル試験等の成績で構成される。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
力学的エネルギー(1) |
仕事や仕事率を求めることができる。
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| 2週 |
力学的エネルギー(2) |
運動エネルギーに関する計算ができる。
重力や弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。
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| 3週 |
力学的エネルギー(3) |
力学的エネルギー保存則を用いて、様々な物理量の計算に利用できる。
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| 4週 |
等速円運動(1) |
等速円運動をする物体の速度、角速度に関する計算ができる。
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| 5週 |
等速円運動(2) |
等速円運動をする物体の周期、回転数に関する計算ができる。
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| 6週 |
等速円運動(3) |
等速円運動をする物体の加速度、向心力に関する計算ができる。
遠心力などの慣性力を説明することができる。
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| 7週 |
中間試験 |
既習領域の基礎問題を解くことができる。
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| 8週 |
中間試験返却・解答
単振動(1) |
単振動と等速円運動との関係を説明することができる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
単振動(2) |
周期、振動数など単振動を特徴づける諸量を求めることができる。
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| 10週 |
単振動(3) |
単振動における速度、加速度、力の関係を説明できる。
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| 11週 |
単振動(4) |
ばね振り子や単振り子の周期を求めることができる。
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| 12週 |
万有引力(1) |
万有引力を求めることができる。
地球の重力を求めることができる。
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| 13週 |
万有引力(2) |
人工衛星の運動に関する計算ができる。
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| 14週 |
万有引力(3) |
万有引力による位置エネルギーに関する計算ができる。
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| 15週 |
期末試験 |
既習領域の基礎問題を解くことができる。
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| 16週 |
期末試験返却・解答
波の伝わり方(1) |
波の波長、周期、振動数、速さについて説明できる。
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
波の伝わり方(2) |
横波と縦波の違いについて説明できる。
正弦波の式に関する計算をすることができる。
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| 2週 |
波の伝わり方(3) |
波形のグラフを描くことができる。
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| 3週 |
波の反射と干渉(1) |
波の重ね合わせの原理を理解し、合成波形を作図できる。
波の反射の法則について説明できる。
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| 4週 |
波の反射と干渉(2) |
定常波の振動の特徴を説明できる。
２つの波の干渉によって、互いに強めあう条件と弱めあう条件を述べることができる。
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| 5週 |
波の屈折と回折(1) |
ホイヘンスの原理によって屈折の法則と回折を説明できる。
屈折の法則に関する計算ができる。
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| 6週 |
CBTトライアル試験 |
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| 7週 |
中間試験 |
既習領域の基礎問題を解くことができる。
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| 8週 |
中間試験返却・解答
音(1) |
共振、共鳴現象について具体例を挙げることができる。
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| 4thQ |
| 9週 |
実験(2) |
波に関する実験の報告書を書くことができる。
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| 10週 |
音(2) |
弦の長さと、弦を伝わる波の速さから、弦の固有振動数を求めることができる。
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| 11週 |
音(3) |
気柱の長さと音速から、開管、閉管の固有振動数を求めることができる（開口端補正は考えない）。
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| 12週 |
音(4) |
一直線上の運動において、ドップラー効果による音の振動数変化を求めることができる。
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| 13週 |
光(1) |
自然光と偏光の違いについて説明できる。
波長の違いによる分散現象によってスペクトルが生じることを理解している。
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| 14週 |
光(2) |
ヤングの実験や回折格子について説明できる。
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| 15週 |
期末試験 |
既習領域の基礎問題を解くことができる。
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| 16週 |
期末試験返却・解答
光(3) |
波動性と粒子生の違いについて説明できる。
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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 | 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 | |
| 分数式の加減乗除の計算ができる。 | 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 微分方程式の意味を理解し、簡単な変数分離形の微分方程式を解くことができる。 | 3 | |
| 簡単な1階線形微分方程式を解くことができる。 | 3 | |
| 定数係数2階斉次線形微分方程式を解くことができる。 | 3 | |
| 自然科学 | 物理 | 力学 | 速度と加速度の概念を説明できる。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |
| 物体に作用する力を図示することができる。 | 3 | |
| 慣性の法則について説明できる。 | 3 | |
| 作用と反作用の関係について、具体例を挙げて説明できる。 | 3 | |
| 運動の法則について説明できる。 | 3 | |
| 運動方程式を用いた計算ができる。 | 3 | |
| 簡単な運動について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。 | 3 | |
| 物体の質量と速度から運動量を求めることができる。 | 3 | |
| 運動量の差が力積に等しいことを利用して、様々な物理量の計算ができる。 | 3 | |
| 周期、振動数など単振動を特徴づける諸量を求めることができる。 | 3 | |
| 力のモーメントを求めることができる。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 力学 | 力は、大きさ、向き、作用する点によって表されることを理解し、適用できる。 | 4 | |
| すべり摩擦の意味を理解し、摩擦力と摩擦係数の関係を説明できる。 | 2 | |
| 引張荷重や圧縮荷重が作用する棒の応力や変形を計算できる。 | 4 | |
| 両端固定棒や組合せ棒などの不静定問題について、応力を計算できる。 | 4 | |
| 線膨張係数の意味を理解し、熱応力を計算できる。 | 4 | |
| ねじりを受ける丸棒のせん断ひずみとせん断応力を計算できる。 | 4 | |
| 丸棒および中空丸棒について、断面二次極モーメントと極断面係数を計算できる。 | 4 | |
| 軸のねじり剛性の意味を理解し、軸のねじれ角を計算できる。 | 4 | |
| はりの定義や種類、はりに加わる荷重の種類を説明できる。 | 4 | |
| はりに作用する力のつりあい、せん断力および曲げモーメントを計算できる。 | 4 | |
| 各種の荷重が作用するはりのせん断力線図と曲げモーメント線図を作成できる。 | 4 | |
| 曲げモーメントによって生じる曲げ応力およびその分布を計算できる。 | 4 | |
| 各種断面の図心、断面二次モーメントおよび断面係数を理解し、曲げの問題に適用できる。 | 4 | |
| 各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。 | 4 | |
| 多軸応力の意味を説明できる。 | 2 | |
| 二軸応力について、任意の斜面上に作用する応力、主応力と主せん断応力をモールの応力円を用いて計算できる。 | 2 | |
| 部材が引張や圧縮を受ける場合のひずみエネルギーを計算できる。 | 4 | |
| 部材が曲げやねじりを受ける場合のひずみエネルギーを計算できる。 | 4 | |
| カスティリアノの定理を理解し、不静定はりの問題などに適用できる。 | 4 | |
| 振動の種類および調和振動を説明できる。 | 2 | |
| 不減衰系の自由振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 2 | |
| 減衰系の自由振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 2 | |
| 調和外力による減衰系の強制振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 2 | |
| 調和変位による減衰系の強制振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 2 | |