Applied Physics

Course Information

College	Tokuyama College	Year	2020
Course Title	Applied Physics
Course Code	0135	Course Category	General / Compulsory
Class Format	Lecture	Credits	Academic Credit: 2
Department	Department of Computer Science and Electronic Engineering	Student Grade	4th
Term	Year-round	Classes per Week	1
Textbook and/or Teaching Materials	小暮陽三、『高専の応用物理』（森北出版）
Instructor	Nakamura Yasuharu

Course Objectives

以下を本科目の到達目標とする
(1)与えられた条件下で運動方程式を立て、微積分を使って数学的な解析できる
(2)エネルギーを計算し、エネルギー保存則から現象を理解することができる
(3)互いに相互作用する系について重心などを計算することができる
(4)並進の運動方程式と回転の運動方程式をたてて剛体の運動を計算できる
(5)波動方程式から波の運動を計算できる
(6)量子現象を含む計算ができる

Rubric

	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
質点の運動方程式	与えられた条件について質点の運動方程式を導出し、数学的に解析および物理的な考察ができる	与えられた条件について質点の運動方程式を導出し、数学的に解析することができる	与えられた条件のもとで質点の運動方程式を導出できない
ポテンシャルとエネルギー	ポテンシャルからエネルギーを計算することができ、保存力について説明ができる	ポテンシャルからエネルギーを計算することができる。	ポテンシャルからエネルギーを導出できない
多体系	物理学と積分の関係を理解し、与えられた条件から物理量を導出できる	物理学と積分の関係を理解し、与えられた条件から物理量を計算できる	物理学と積分の関係が理解できず、基本的な計算ができない
剛体の運動方程式	与えられた条件について剛体の運動方程式を導出し、数学的に解析および物理的な考察ができる	与えられた条件について剛体の運動方程式を導出し、数学的に解析することができる	与えられた条件のもとで剛体の運動方程式を導出できない
振動と波動	波動方程式について理解し、波の様々な性質について解析できる	波動方程式について理解し、波の計算ができる	波動方程式についての理解が不順分で、基本的な計算ができない
量子現象	定常波のシュレーディンガー方程式から波動関数を計算し、量子現象について説明できる	定常波のシュレーディンガー方程式から波動関数を計算することができる	定常波のシュレーディンガー方程式から波動関数を計算することができない。

Assigned Department Objectives

到達目標 A 1 （「世界に通用する」技術者をめざすために、複合分野の基礎となる基本的素養を身につけること）

JABEE d-1 （専門工学）

Teaching Method

Outline:

物理学は、身の回りの自然現象を解明するための基礎的な学問である。特に、力学はその最も基礎となるものである。１、２、３年で学んだ物理基礎、物理I、II の学習を基礎として、ニュートン力学を中心に、微積分を応用した物理学の方法について講義する。また、力学の他に、現代物理の基礎となる波動及び前期量子論、量子力学の基礎的な内容についても講義する。

Style:

授業は基本的には教科書を中心として座学で行う。講義内容にはこれまでに勉強してきた数学や物理の知識を含むが授業内での復習は最小限に抑える。
通年の講義の中で学習内容についての演習を７回行う。この演習に関してレポート課題を出し、授業内では順番により決められた学生が黒板で問題を解き、その他の学生に対して説明をしてもらう。

この科目は学習単位であるので予習復習を自学・自修の内容として課する。
・予習と復習（毎回の授業に関してそれぞれ30分程度、計30時間）

Notice:

この科目ではこれまでに学んだ数学及び物理の知識が必要となる。その全てを授業で復習はできないので各自で自分に足りない部分を補うこと。
最終成績は全４回の定期試験の点数を60点分、演習およびレポートの点を40点分として計算する。

Course Plan

			Theme	Goals
1st Semester
	1st Quarter
		1st	ガイダンス、運動の表し方	・本科目で学ぶことの確認 ・速度や加速度などの基本事項の理解
		2nd	運動方程式(1)	速度・位置に依存しない力がある場合について運動方程式を立て、物理量を計算できる
		3rd	運動方程式(2)	速度・位置に依存する力がある場合について運動方程式を立て、物理量を計算できる
		4th	仕事と保存力	仕事と力学的エネルギーについて理解し、エネルギーの計算をすることができる
		5th	力学的エネルギーの保存	・運動方程式からエネルギーを導出できるようになる ・保存力と非保存力について学び力学的エネルギー保存則を理解できる。
		6th	作用・反作用の法則、運動量保存則	運動量を力積から計算できるようになり、運動量保存則を理解できる
		7th	力のモーメントと角運動量保存則	角運動量の概念を理解し、角運動量保存則が導出できる。
		8th	各種保存則と力学体系	これまで学んできた保存則を通して力学の体系を理解することができる
	2nd Quarter
		9th	ここまでの学習の復習と演習	ここまで学んだことについて問題を解いて理解することができるか確認する
		10th	重心の計算	物体の重心を求めることができる
		11th	２体系の運動方程式	実験質系と重心系について理解し、２体系に対して運動方程式を建てることができる
		12th	２体系の運動(1)	相対運動する相互作用している系について計算を行うことができる
		13th	２体系の運動(2)	２体系におけるエネルギーと角運動量について計算することができる
		14th	ここまでの学習の復習と演習	ここまで学んだことについて問題を解いて理解することができるか確認する
		15th	期末試験	9～14回の講義内容の理解度を確認する
		16th	答案返却など	試験についての解説、まとめ
2nd Semester
	3rd Quarter
		1st	多体系と剛体	多体系における問題および剛体の特性について理解できる
		2nd	慣性モーメントの計算	慣性モーメントについて理解し、様々な剛体について重心を通る回転軸に関する慣性モーメントを計算することができる。
		3rd	平行軸の定理と直交軸の定理	重心を通らない回転軸に関する慣性モーメントを求めることができる
		4th	剛体の運動(1)	固定された回転や滑りのない剛体の運動を解析することができる
		5th	剛体の運動(2)	滑りを含む剛体の運動を解析することができる
		6th	剛体を含む二体系の運動	剛体の衝突などについて理解し、計算することができる
		7th	ここまでの学習の復習と演習	ここまで学んだことについて問題を解いて理解することができるか確認する
		8th	振動の解析	強制振動および共振現象の計算ができる
	4th Quarter
		9th	中間試験	1～7回の講義内容の理解度を確認する
		10th	波動(1)	・波動方程式について理解する ・波の運動を計算することができる
		11th	波動(2)	波の様々な性質について説明することができる
		12th	前期量子論	いくつかの量子現象について説明することができる
		13th	シュレーディンガー方程式	定常状態のシュレディンガー方程式と波動関数を導出できる
		14th	トンネル効果	確立解釈を理解し、トンネル効果を説明できる
		15th	期末試験	8～14回の講義内容の理解度を確認する
		16th	答案返却など	試験についての解説、まとめ

Evaluation Method and Weight (%)

	試験	演習	Total
Subtotal	60	40	100
基礎的能力	60	40	100
専門的能力	0	0	0
複合問題解析能力	0	0	0