1. 運動量と力積の一般的な関係の導出および運動量保存則の物理的な理解ができ、それらを用いた応用問題が解けるようになること。質量が変化する運動の問題が解けるようになること。
2. 広義のエネルギー保存則を導出し、仕事の計算ができるようになること。力学的エネルギー保存則の物理的意味を理解し、その応用問題が解けるようになること。
3. 慣性力および極座標を理解できること。また、角運動量とトルクの概念を理解し、質点系の運動について理解できるようになること。惑星の運動について説明できること。
4. 剛体の概念を理解し、慣性モーメントの計算および剛体の運動に関する具体的な問題が解けるようになること。流体あるいは波動の扱いを理解し、現代物理の考え方に慣れること。
準学士課程(本科1〜5年)学習教育目標 (2)
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JABEE基準 (d-1)
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JABEE基準 (d-2a)
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システム創成工学教育プログラム学習・教育目標 B-2
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システム創成工学教育プログラム学習・教育目標 D-1
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概要:
4年次は、3年次までに学習したことをより一層発展させ、5年次になって本格的な研究を行うための準備期間として重要な時期である。そのような時期にあたっては、専門科目の基礎となる物理の基本法則をより高度な数学的知識(特に微分や積分)を用いて学ぶことが不可欠であり、また、そのような学習を通して自分自身の理解力や洞察力を高めることは、「技術者が責任ある行動や決断を行う」ことの基礎の構築へと繋がっていく。以上をふまえ、本講義では、物理学の
① 数理的理解(数式、特に微分積分を用いて基本法則を理解すること)、
② 系統的理解(物理学的理解が自然界のいろいろな現象を統一的に説明すること)
を得ることを目標とする。
授業の進め方・方法:
4年次の応用物理では、力学(座標変換、運動量/エネルギー保存則、質点系/剛体の力学)、流体力学あるいは波動現象、現代物理学の講義を行い、それぞれの内容を共通に貫く数理的理解、ならびに物理概念の系統的理解を念頭においた講義を行う予定である。なお、理解をより深めるために授業中にこちらから質問を投げることがあるので、それらに答えられるよう、理解が不十分な点を早めに解消しておくようにして欲しい。また、物理の基本法則を学ぶ上では“演習”や“実験”をすることも重要であり、必要に応じてそれらを講義に組み入れていくことを予定している。
注意点:
関連科目 3年次までに履修する物理学、数学、および応用数学
事前学習 あらかじめ講義内容に該当する部分の教科書を読み、理解できるところ、理解でき ないところを明らかにしておく。 また3年次までの物理分野と数学の知識が必要となるので、できる限る復習をしてから授業を受ける事。しかしながら、複雑な数学的取扱いに関しては可能な限り講義中に補完していく予定である。
事後展開学習 進度に合わせ、教科書の問題や問題集を参考にして自学・自習で解いておくこと。
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があることに注意して頂きたい。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
導入 |
講義の方針や授業方法、成績評価について理解する。
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2週 |
物理数学① |
微分や積分など、応用物理Ⅱに必要な数学の計算ができる。
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3週 |
物理数学② |
ベクトル解析等、応用物理Ⅱに必要な数学の計算ができる。
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4週 |
運動量 |
運動量の変化と力積の一般的な関係式を導出できる。
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5週 |
質量が変化する運動 |
質量が変化する物体の運動に関する問題が解ける。
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6週 |
運動量の保存則 |
運動量の保存則とその成立条件を理解する。
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7週 |
演習① |
運動量、運動量保存則に関する演習を解くことができる。
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8週 |
運動エネルギー1 |
運動方程式からエネルギーと仕事の関係を導出できる。
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2ndQ |
9週 |
運動エネルギー2 |
運動エネルギーの保存する力の条件を求めることができる。
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10週 |
仕事 |
一般的な仕事の定義を理解し、その計算ができる。
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11週 |
力学的エネルギー保存則 |
力学的エネルギー保存則が成り立つ条件を理解できる。
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12週 |
保存力 |
保存力と位置エネルギーの概念、およびそれらの関係が理解できる。
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13週 |
ポテンシャルの計算 |
種々の保存力と位置エネルギーの関係を計算して求めることができる。
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14週 |
同上 |
ポテンシャルの視点から保存力の判定条件を理解する。
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15週 |
座標変換① |
見かけの力(慣性力)の導出を理解する。
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16週 |
前期期末試験・返却 |
総合的な問題が解け、理解が不十分な点を解消する。
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後期 |
3rdQ |
1週 |
座標変換② |
コリオリ力・遠心力について理解し、極座標の考え方を学ぶ。
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2週 |
回転とトルク |
回転を生み出す力のモーメントの数学的表現を理解する。
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3週 |
角運動量 |
角運動量とトルクの関係、および角運動量保存則を理解できる。
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4週 |
質点系の力学① |
質点系の並進運動および重心について理解する。
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5週 |
質点系の力学② |
質点系の回転運動について理解する。
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6週 |
万有引力 |
万有引力について学び、惑星の運動を説明できる。
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7週 |
実験 |
実験を行う。
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8週 |
後期中間試験・返却 |
総合的な問題が解け、理解が不十分な点を解消する。
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4thQ |
9週 |
剛体の力学① |
「剛体」の概念を理解し、静止剛体に関する計算ができる。
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10週 |
剛体の力学② |
慣性モーメントの概念を理解し、その計算ができる。
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11週 |
剛体の力学③ |
剛体の運動に関する基本問題が解ける。
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12週 |
演習③ |
剛体の運動の具体的な演習問題を解くことができる。
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13週 |
波動 |
波動力学の基本的な考え方が理解できる。
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14週 |
流体 |
流体力学の基本的な考え方が理解できる。
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15週 |
現代物理 |
相対性理論、量子力学の基礎が理解できる。
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16週 |
学年末試験・返却 |
総合的な問題が解け、理解が不十分な点を解消する。
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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 | 人文・社会科学 | 英語 | 英語運用の基礎となる知識 | 聞き手に伝わるよう、句・文における基本的なリズムやイントネーション、音のつながりに配慮して、音読あるいは発話できる。 | 3 | |
明瞭で聞き手に伝わるような発話ができるよう、英語の発音・アクセントの規則を習得して適切に運用できる。 | 3 | |
中学で既習の語彙の定着を図り、高等学校学習指導要領に準じた新出語彙、及び専門教育に必要となる英語専門用語を習得して適切な運用ができる。 | 3 | |
中学で既習の文法や文構造に加え、高等学校学習指導要領に準じた文法や文構造を習得して適切に運用できる。 | 3 | |
英語運用能力の基礎固め | 日常生活や身近な話題に関して、毎分100語程度の速度ではっきりとした発音で話された内容から必要な情報を聞きとることができる。 | 3 | |
日常生活や身近な話題に関して、自分の意見や感想を基本的な表現を用いて英語で話すことができる。 | 3 | |
説明や物語などの文章を毎分100語程度の速度で聞き手に伝わるように音読ができる。 | 3 | |
平易な英語で書かれた文章を読み、その概要を把握し必要な情報を読み取ることができる。 | 3 | |
日常生活や身近な話題に関して、自分の意見や感想を整理し、100語程度のまとまりのある文章を英語で書くことができる。 | 3 | |
母国以外の言語や文化を理解しようとする姿勢をもち、実際の場面で積極的にコミュニケーションを図ることができる。 | 3 | |
実際の場面や目的に応じて、基本的なコミュニケーション方略(ジェスチャー、アイコンタクト)を適切に用いることができる。 | 3 | |
英語運用能力向上のための学習 | 自分の専門分野などの予備知識のある内容や関心のある事柄に関する報告や対話などを毎分120語程度の速度で聞いて、概要を把握し、情報を聞き取ることができる。 | 3 | |
英語でのディスカッション(必要に応じてディベート)を想定して、教室内でのやり取りや教室外での日常的な質問や応答などができる。 | 3 | |
英語でディスカッション(必要に応じてディベート)を行うため、学生自ら準備活動や情報収集を行い、主体的な態度で行動できる。 | 3 | |
母国以外の言語や文化を理解しようとする姿勢をもち、教室内外で英語で円滑なコミュニケーションをとることができる。 | 3 | |
関心のあるトピックについて、200語程度の文章をパラグラフライティングなど論理的文章の構成に留意して書くことができる。 | 3 | |
関心のあるトピックや自分の専門分野のプレゼン等にもつながる平易な英語での口頭発表や、内容に関する簡単な質問や応答などのやりとりができる。 | 3 | |
関心のあるトピックや自分の専門分野に関する論文やマニュアルなどの概要を把握し、必要な情報を読み取ることができる。 | 3 | |
英文資料を、自分の専門分野に関する論文の英文アブストラクトや口頭発表用の資料等の作成にもつながるよう、英文テクニカルライティングにおける基礎的な語彙や表現を使って書くことができる。 | 3 | |
実際の場面や目的に応じて、効果的なコミュニケーション方略(ジェスチャー、アイコンタクト、代用表現、聞き返しなど)を適切に用いることができる。 | 3 | |