到達目標
１．代数・解析的手法を用いた、位置、速度、加速度の記述とこれらの相互の変換を計算できる。
２．質点に関する問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析解・数値解を導き、結果の意味を物理的に吟味できる。
３．質点系に関する問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析解・数値解を導き、結果の意味を物理的に吟味できる。
４．剛体に関する問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析解・数値解を導き、結果の意味を物理的に吟味できる。
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 | 代数・解析的手法を用いた、位置、速度、加速度の記述と相互の変換を極座標系においても計算できる。 | 代数・解析的手法を用いた、位置、速度、加速度の記述とこれらの相互の変換を計算できる。 | 代数・解析的手法を用いた、位置、速度、加速度の記述とこれらの相互の変換を計算することができない。 |
| 評価項目2 | 質点の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導き、結果を物理的に考察できる。 | 質点の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導くことができる。 | 質点の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導くことができない。 |
| 評価項目3 | 質点系の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導き、結果を物理的に考察できる。 | 質点系の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導くことができる。 | 質点系の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導くことができない。 |
| 評価項目4 | 剛体の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導き、結果を物理的に考察できる。 | 剛体の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導くことができる。 | 剛体の問題を、代数・解析的手法を用い定式化し、解析・数値解を導くことができない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本講義は、自然科学の基本となる古典物理学の中でも、最も早く確立した力学について、質点・質点系・剛体を対象とし、数学的手段を強化して一貫した論理体系として把握する。演習問題を多く取り入れることで問題解決能力を養い、工学分野への応用能力を身に付ける。この科目は企業で、半導体集積素子の設計及び製造プロセスの研究・開発を担当していた教員が、その経験を活かし、ニュートン力学（質点、質点系、剛体）について講義形式で授業を行うものである。
授業の進め方・方法:
授業内容は授業計画を参照すること。基本的に講義形式をとる。板書が主体であるが，関連資料のスライド紹介も取り入れる．学生への発問はするので（3-5回/1コマ），積極的に答えること。指名されない学生も積極的に考えること。計15回（計約60問）の課題は、自主的に考えて解き問題解法の力を養うこと。
注意点:
３年生までの数学と物理にて学んだ内容を前提として活用するので、これらの内容をしっかり復習しておくこと。また授業各回に出された課題の実施を含む自学自習への真摯な取り組みが不可欠である。授業時間内に自学自習課題の開設を十分に行うことは不可能なので、疑問があれば質問に来ること。質問にあたっては、まず自分で調べ考えてみて、何が理解できなかったのかはっきりさせてから質問に来ること。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
運動学 |
（１）ベクトルに関する基本法則に基づく計算ができる。
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| 2週 |
運動学 |
（２）位置座標、速度、加速度を解析的に記述できる。
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| 3週 |
質点の力学 |
（１）力を数値的に解析できる。
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| 4週 |
質点の力学 |
（２）運動の法則を理解し運動方程式を代数もしくは解析
的に解くことができる。
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| 5週 |
質点の力学 |
（３）等加速度運動：一様な重力場での運動を解析的に解
くことができる。
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| 6週 |
質点の力学 |
（４）変化する加速度運動：単振動、単振り子について解
析的に解くことができる。
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| 7週 |
質点の力学 |
（５）仕事と運動エネルギー、ポテンシャルエネルギーと
力の関係を導ける。
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| 8週 |
質点の力学 |
（６）力学的エネルギー保存則を解し、問題解法に適用で
きる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
中間試験 |
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| 10週 |
質点系の力学 |
（１）質点の運動量と力積の関係を計算できる。
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| 11週 |
質点系の力学 |
（２）質点系の運動方程式と運動量保存則を解し解析的計算ができる。
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| 12週 |
質点系の力学 |
（３）質点の角運動量とトルク方程式を解し解析的計算が
できる。
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| 13週 |
質点系の力学 |
（４）質点系・剛体の角運度量を解し解析的計算ができる
。
（５）質点系・剛体のトルク方程式と角運動量保存則を解
し解析的計算ができる。
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| 14週 |
剛体の力学 |
（１）剛体の釣合と運動の問題を解くことができる。
（２）固定軸を持つ剛体の運動を解し解析的計算ができる
。
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| 15週 |
剛体の力学 |
（３）慣性モーメントを対称性のよい図形において計算で
きる。
（４）剛体の平面運動の運動方程式立て解析に解くことが
できる。
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| 16週 |
答案返却及び解説 |
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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 | 速度と加速度の概念を説明できる。 | 3 | |
| 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 | |
| 等加速度直線運動の公式を用いて、物体の座標、時間、速度に関する計算ができる。 | 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 | |
| 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 | |
| 平均の速度、平均の加速度を計算することができる。 | 3 | |
| 仕事と仕事率に関する計算ができる。 | 3 | |
| 物体の運動エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
| 重力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
| 弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 3 | |
| 力のモーメントを求めることができる。 | 3 | |
| 角運動量を求めることができる。 | 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。 | 3 | |
| 剛体における力のつり合いに関する計算ができる。 | 3 | |
| 重心に関する計算ができる。 | 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 | |
評価割合
| 定期試験 | 小テスト | レポート・課題 | 発表 | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 0 | 40 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 20 | 0 | 10 | 0 | 0 | 30 |
| 専門的能力 | 30 | 0 | 20 | 0 | 0 | 50 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 10 | 0 | 0 | 20 |