物理Ⅱ

科目基礎情報

学校 奈良工業高等専門学校 開講年度 令和04年度 (2022年度)
授業科目 物理Ⅱ
科目番号 0023 科目区分 一般 / 必修
授業形態 講義 単位の種別と単位数 履修単位: 3
開設学科 電子制御工学科 対象学年 2
開設期 通年 週時間数 3
教科書/教材 高専の物理(第5版、森北出版)、高専の物理問題集(第3版、森北出版)
担当教員 新野 康彦

到達目標

1. 仕事とエネルギーの関係が理解できる。平面や空間の運動が記述できる。剛体の釣り合い条件を求めることができる。
2. 圧力,浮力の公式を導出できる。熱現象に関する基本公式を理解するとともに、熱の移動を伴う各種計算ができる。
3. 熱力学過程、熱力学第二法則、剛体の釣り合いの問題、圧力の問題の基本公式の証明が理解でき、各種計算問題ができる。1次元上の波動の基本公式を用いた計算、グラフの読み取り、作図ができる。ホイヘンスの原理から反射、屈折、干渉の法則の証明やそれを用いた計算ができる。重ね合わせの原理から定常波が理解できる。
4. 音波の基本的な性質を理解できる。うなり、固有振動、共振・共鳴現象の成立条件を理解し、問題が解ける。ドップラー効果の公式の証明ができ、問題が解ける。

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
評価項目1仕事,運動エネルギー,運動エネルギーの計算ができ,さらにその相互関係が説明できる。 平面の運動を座標軸で分解して問題を解ける。円運動の位置,速度,加速度の公式の間の関係を理解する。 剛体の釣り合いを力のモーメントの関係から理解できる。 圧力の式,浮力の式の導出を理解し応用できる。仕事,運動エネルギー,運動エネルギーの計算ができる。 ベクトルの和,差,分解の基本的問題を解ける。円運動の位置,速度,加速度の公式を覚え,計算ができる。 力のモーメントの計算ができる。 圧力の公式を記憶し,数値的な計算に応用できる。仕事,運動エネルギー,運動エネルギーの計算ができない。 ベクトルの和,差,分解の基本的問題を解けない。円運動の位置,速度,加速度の公式を使った計算ができない。 力のモーメントの計算ができない。 圧力の公式の計算ができない。
評価項目2理想気体の法則,比熱と熱量の関係,熱力学の第一法則,内部エネルギーの公式をその導出および関連まで理解し,さらに数値的な計算や数式的な計算を用いて応用問題を解答できる。 熱力学の基本式から導出して熱力学過程の物理量の変化が計算できる。また熱力学の第二法則の複数の表現の等価性を証明できる。 波の基本式,正弦波の公式の導出を理解し,数値的な計算に応用できる。理想気体の法則,比熱と熱量の関係,熱力学の第一法則,内部エネルギーの公式の導出が理解できる。もしくは,公式を記憶し,数値的な計算に応用できる。 熱力学過程の物理量の変化が計算できる。また熱力学の第二法則について理解できる。 波の基本式,正弦波の公式の導出が理解できる。もしくは,その公式を記憶し,数値的な計算に応用できる。 理想気体の法則,比熱と熱量の関係,熱力学の第一法則,内部エネルギーの公式の導出を理解できない。さらに公式を記憶し,数値的な計算もできない。 熱力学過程の物理量の変化が計算できない。また熱力学の第二法則について理解できない。 波の基本式,正弦波の公式導出が理解できない。さらに,その公式を記憶し,数値的な計算に応用できない。
評価項目3縦波および横波のグラフの書き方または読み方が理解でき,波の状態を求めることができる。 干渉・反射・屈折の公式の導出を理解し,数値的な計算に応用できる。 波の境界条件を理解して,反射波や定常波の作図ができる。ホイヘンスの原理から波の基本的な性質が導出でき,それを数値的な計算に応用できる。縦波および横波のグラフの書き方または読み方が理解でき波の状態を求めることができる。 干渉・反射・屈折の公式の導出が理解できる。もしくは,その公式を記憶し,数値的な計算に応用できる。 波の境界条件を理解して,反射波や定常波の作図ができる。ホイヘンスの原理から波の基本的な性質が導出できることが理解できる。または波の基本法則を記憶し数値的な計算に応用できる。縦波および横波のグラフの書き方または読み方が理解できず,波の状態を求めることができない。 干渉・反射・屈折の公式の導出が理解できない。さらに,その公式を記憶し,数値的な計算に応用できない。 波の境界条件を理解できず,反射波や定常波の作図ができない。ホイヘンスの原理から波の基本的な性質が導出できることが理解できない。さらに波の基本法則を記憶し数値的な計算に応用できない。
評価項目4音の基本を理解し,うなりの公式を導出できる。また,それらを数値的な計算に応用できる。 固有振動や共振・共鳴現象の成立条件を理解し,それらの公式を導出し,それらを数値的な計算に応用できる。 ドップラー効果の公式を導出し,応用できる。音の基本を理解し,うなりの公式を記憶し,数値的な計算に応用できる。 固有振動や共振・共鳴現象の成立条件を理解し,それらの公式を記憶し数値的な計算に応用できる。 ドップラー効果の公式を記憶し,計算できる。音の基本を理解できず,うなりの公式を導出できない。またはそれらを記憶し数値的な計算に応用できない。固有振動や共振・共鳴現象の成立条件を理解できない。また,それらの公式を用いた計算ができない。ドップラー効果の公式を導出できず,計算もできない。

学科の到達目標項目との関係

準学士課程(本科1〜5年)学習教育目標 (2) 説明 閉じる

教育方法等

概要:
近年の急激に進歩した技術は、我々の生活の隅々に入り込み個人の能力を飛躍的に増大してくれました。しかしその一方、それらの技術は「ブラックボックス化」し、その真の姿(原理)が見えにくくなっています。そのため、このような時代・世界において、特に技術者が責任ある行動や決断を行うためには、背景にある科学的原理を理解する事によって、自分自身の理解力、洞察力を高めることが必要になっています。2年次の物理はあらゆる専門科目の基礎であると同時に、科学の基本的方法を学ぶことを目的としています。具体的には
(1)自然の性質(実験事実)を数式によって理解すること:数理的理解
(2)物理学を理解することで自然界のいろいろな現象を統一的に説明できること:普遍性の理解
です。そのためには、科学の理解とは、単なる問題の解答を見つける能力と異なる事を認識し、疑問を持ち、自ら間違いを訂正する能力を訓練してもらいたいと思います。
授業の進め方・方法:
物理学では、「理解する」ということがどういうことかを理解できないと困ります。したがって授業中にこちらから質問を投げかけますので、それに答えられるように授業の内容を「理解」していくことが重要です。そのため、授業中のノートは短時間でとり、「聞くこと」を要求します。また講義中には、学生の発言に関し配点を与える場合もあります。また、数式をより深く理解するために実験が設定されていますので、しっかりと準備をして集中して取り組んでください。
注意点:
関連科目
物理1、数学
学習指針
事前学習:進度に合わせ、教科書の問題や問題集を参考書も参考にして自学・自習で解いておくこと。
事後発展学習:講義を受講後、自学・自習で解けなかった教科書の問題や問題集の問題を解き直すこと。また、適宜出される課題に取り組み、提出締切日までに提出すること。
講義内容は予定であり、学生の理解度を考慮して多少の変更をする可能性があります。

学修単位の履修上の注意

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 仕事,運動エネルギー,位置エネルギー 力と仕事,運動エネルギーを理解する。万有引力,重力,ばねの弾性力等の位置エネルギーが理解できる。
2週 力学的エネルギーと力学的エネルギー保存則 力学的エネルギー保存の法則が理解できる。
3週 ベクトルとスカラー ベクトルの演算法則を理解する。成分表示のため三角比の基本演算が理解できる。
4週 運動方程式(2次元) 平面の運動方程式,放物運動が理解できる。斜面上の物体の運動が理解できる。
5週 等速円運動 弧度法を理解し,角速度,周期,振動数が理解できる。またケプラーの法則と運動方程式の関係が理解できる。
6週 剛体の力学 力のモーメントの公式の説明とそれを使った計算ができる。剛体の釣り合いの原理を理解し,その計算ができる。
7週 流体力学 圧力に関わる公式の説明とそれを使った計算ができる。浮力に関わる公式の説明とそれを使った計算ができる。
8週 前期中間試験 問題を解答することができる。理解が不十分な点を解消する。
2ndQ
9週 熱力学の基礎① 絶対温度の定義と熱の正体が説明できる。熱と仕事の関係の公式が説明でき,それを使った計算ができる。
10週 熱力学の基礎② 熱容量と比熱の定義の説明と計算ができる。固体の比熱の測定実験を行う。
11週 熱力学の基礎③ 理想気体の状態方程式などの気体法則の公式が説明でき,それらを使った計算ができる。
12週 熱力学の原理① 気体分子運動論の原理と計算について理解できる。
13週 熱力学の原理② 熱力学第一法則の原理を理解し,断熱,定積,定圧,等温の各過程の物理量を計算できる。
14週 熱力学の基礎③ サイクルを理解し,その計算ができる。熱力学第二法則の原理を理解し,それに関連する説明や計算ができる。
15週 前期末試験
問題を解答することができる。理解が不十分な点を解消する。
16週 波動現象の基礎 直線上の波の考え方を理解し,波の基本公式を使った計算ができる。
後期
3rdQ
1週 波動と数式① 縦波と横波について理解し,グラフの読み取りができる。
2週 波動と数式② 正弦波の公式の原理が理解し,グラフの読み取りや計算ができる。
3週 波動と数式③ 定常波の原理が理解でき,作図できる。また、定常波に関連する計算ができる。
4週 空間に広がる波① 回折,干渉を理解し,公式を用いた計算ができる。
5週 空間に広がる波② 反射の原理とその証明を理解できる。
6週 空間に広がる波③ 反射の原理の公式を用いた計算ができる。
7週 空間に広がる波④ 屈折の原理と証明を理解し,公式を用いた計算ができる。
8週 後期中間試験 問題を解答することができる。理解が不十分な点を解消する。
4thQ
9週 音波① 音波の基本とうなりについて理解し,その計算ができる。
10週 音波② 音の固有振動が成立する条件を理解できる。
11週 音波③ 音の固有振動に関する計算ができる。
12週 音波④ 音叉の振動数の測定実験を行う。
13週 音波⑤ ドップラー効果について理解できる。
14週 音波⑥ ドップラー効果に関する計算ができる。
15週 学年末試験 問題を解答することができる。理解が不十分な点を解消する。
16週 まとめ 物理IIの学習内容を振り返ることができる。

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直線および平面運動において、2物体の相対速度、合成速度を求めることができる。3前3
平面内を移動する質点の運動を位置ベクトルの変化として扱うことができる。3前3
水平投射、及び斜方投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。3前4
物体に作用する力を図示することができる。3前3,前4
力の合成と分解をすることができる。3前3,前4
重力、抗力、張力、圧力について説明できる。3前4,前7
運動方程式を用いた計算ができる。3前4
仕事と仕事率に関する計算ができる。3前1
物体の運動エネルギーに関する計算ができる。3前1
重力による位置エネルギーに関する計算ができる。3前1
弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。3前1
力学的エネルギー保存則を様々な物理量の計算に利用できる。3前2
等速円運動をする物体の速度、角速度、加速度、向心力に関する計算ができる。3前5
万有引力による位置エネルギーに関する計算ができる。3前2
力のモーメントを求めることができる。3前6
剛体における力のつり合いに関する計算ができる。3前6
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9
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9
物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。3前10
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10
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。3前11
気体の内部エネルギーについて説明できる。3前12,前13
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13,前14
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
波動波の振幅、波長、周期、振動数、速さについて説明できる。3前16
横波と縦波の違いについて説明できる。3後1
波の重ね合わせの原理について説明できる。3前16,後2,後4
波の独立性について説明できる。3前16,後2,後4
2つの波が干渉するとき、互いに強めあう条件と弱めあう条件について計算できる。3後3,後4
定常波の特徴(節、腹の振動のようすなど)を説明できる。3後3,後11,後12,後14
ホイヘンスの原理について説明できる。3後5,後6,後7
波の反射の法則、屈折の法則、および回折について説明できる。3後4,後5,後6,後7
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。3後10,後11
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)。3後10,後11,後12
共振、共鳴現象について具体例を挙げることができる。3後12
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。3後13,後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10,後12
安全を確保して、実験を行うことができる。3前10,後12
実験報告書を決められた形式で作成できる。3前10,後12
有効数字を考慮して、データを集計することができる。3前10,後12
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10,後12
波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後12

評価割合

定期試験課題・レポート合計
総合評価割合7030100
基礎的能力7030100