概要:
工学共通の専門基礎として，質点・質点系・剛体の力学、磁気、熱力学に関する授業を実施する。力学では、ベクトルと微分方程式の知識を使って，質点の運動方程式や剛体の回転運動方程式について学習する。波動の一般的な性質について学習し，日常体験する現象の理解へ繋げる。磁気では、磁場に関連した法則を理解し、磁気の基礎を身に付ける。熱力学では、物質の熱的性質を分子の運動に帰結して理解し、気体の熱的性質を通じて熱力学の基礎を身に付ける。
授業の進め方・方法:
授業計画を参照
注意点:
【成績評価の基準・方法】
定期試験の成績を60%，平素の学習状況等（提出物・平常（実力）試験等）を40％の割合で総合的に評価する。成績評価は、前学期中間・前学期末・後学期中間・学年末の各期間の評価の平均とする。学年の評価は学年末の評価とする。技術者が身につけるべき専門の基礎科目として、上記の到達目標に対する達成度を試験等において評価する。
※ただし、遠隔授業の実施状況により、定期試験の回数などが変更になることがある。
【事前・事後学習】
事前学習として、教科書の該当部分を読んだ上で、理解が難しかった部分をまとめて授業に臨むこと。また、事後学習として、授業内で出てきた公式等を再確認し、取り組んだ演習問題を独力で解けるようにすること。
【履修上の注意】
この科目を履修するにあたり、１・２年生の物理Ⅰ・物理Ⅱ・力学基礎、１・２年生の基礎数学ⅠＡＢ・基礎数学ⅡＡＢ・線形代数ⅠAＢ、微分積分ＩＡＢ、３年生の微分積分Ⅱの内容を十分に理解しておくことが期待されている。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
第１章 質点の力学 １節 位置・速度・加速度
１．直線運動 |
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。
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| 2週 |
第１章 質点の力学 １節 位置・速度・加速度
２．平面運動 |
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。
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| 3週 |
第１章 質点の力学 ２節 ニュートンの運動の三法則
１．運動の三法則 |
運動の三法則について説明できる。
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| 4週 |
第１章 質点の力学 ３節 運動方程式とその適用例
１．微分方程式としての運動方程式 |
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。
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| 5週 |
第１章 質点の力学 ３節 運動方程式とその適用例
２．運動方程式を用いた運動の解析 |
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。
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| 6週 |
第１章 質点の力学 ３節 運動方程式とその適用例
３．運動方程式の具体的な適用例 |
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。
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| 7週 |
第１章 質点の力学 ４節 回転に関する運動方程式
１．角運動量 ～ ３．力のモーメント |
角運動量を求めることができる。
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| 8週 |
第１章 質点の力学 ４節 回転に関する運動方程式
４．角運動量保存則 ～ ６．並進運動と回転運動 |
角運動量保存則について理解し、具体的な例を挙げて説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
第４章 質点系と剛体の力学 １節 剛体の重心
１．質点系の重心、２．剛体の重心 |
質点系と剛体の回転運動について、重心を計算することができる。
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| 10週 |
第４章 質点系と剛体の力学 ２節 剛体の運動方程式
１～２．質点系・剛体の並進運動に関する運動方程式 |
質点系と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。
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| 11週 |
第４章 質点系と剛体の力学 ２節 剛体の運動方程式
３．質点系の回転運動に関する運動方程式 |
質点系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。
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| 12週 |
第４章 質点系と剛体の力学 ２節 剛体の運動方程式
４．剛体の回転運動に関する運動方程式 |
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。
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| 13週 |
第４章 質点系と剛体の力学 ３節 剛体の運動方程式
１．慣性モーメントの計算例 ～ ２．平行軸の定理 |
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。
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| 14週 |
第４章 質点系と剛体の力学 ３節 剛体の運動方程式
３．薄板の慣性モーメント ～ ４．剛体の運動エネルギー |
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。
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| 15週 |
第４章 質点系と剛体の力学 ４節 剛体に関する運動方程式の適用例
１．定滑車の回転運動に関する運動方程式 |
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。
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
第３節 電流と磁場 １．磁場 |
磁場について、電流がつくる磁場を計算できる。
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| 2週 |
第３節 電流と磁場 １．磁場 |
磁場について、電流がつくる磁場を計算できる。
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| 3週 |
第３節 電流と磁場 ２．電流が磁場から受ける力 |
フレミングの左手の法則を理解し、磁場中で電流が受ける力を求めることができる。
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| 4週 |
第３節 電流と磁場 ２．電流が磁場から受ける力 |
フレミングの左手の法則を理解し、磁場中で電流が受ける力を求めることができる。
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| 5週 |
第３節 電流と磁場 ３．ローレンツ力 |
磁場中の荷電粒子の運動について計算できる。
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| 6週 |
第３節 電流と磁場 ３．ローレンツ力 |
磁場中の荷電粒子の運動について計算できる。
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| 7週 |
第４節 電磁誘導と交流 １．電磁誘導 |
ファラデーの電磁誘導の法則を用いた計算ができる。
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| 8週 |
第２節 熱とエネルギー １．熱と温度
熱運動，温度 |
原子や分子の熱運動と絶対温度との関連、および熱平衡について説明できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
第２節 熱とエネルギー １．熱と温度
熱容量と比熱，熱量の保存 |
物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。
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| 10週 |
第２節 熱とエネルギー ２．エネルギーの変換と保存
熱と仕事，内部エネルギー |
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。
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| 11週 |
第４節 気体の性質と分子の運動 １．気体の法則
ボイル・シャルルの法則，理想気体の状態方程式 |
ボイル・シャルルの法則、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。
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| 12週 |
第４節 気体の性質と分子の運動 ３．気体の内部エネルギーと仕事
気体の内部エネルギー |
気体の内部エネルギーについて説明できる。
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| 13週 |
第４節 気体の性質と分子の運動 ３．気体の内部エネルギーと仕事
熱力学の第１法則，気体の状態変化 |
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。
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| 14週 |
第２節 熱とエネルギー ２．エネルギーの変換と保存
エネルギーとその移り変わり，不可逆変化 |
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。
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| 15週 |
第４節 気体の性質と分子の運動 ３．気体の内部エネルギーと仕事
熱機関と熱効率 |
熱機関について理解し、熱効率に関する計算ができる。
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| 16週 |
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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 | 自然科学 | 物理 | 力学 | 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 |
| 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 | 前1,前2 |
| 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 | 前4,前5,前6 |
| 角運動量を求めることができる。 | 3 | 前7 |
| 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 | 前8,前9 |
| 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 | 前13,前14 |
| 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 | 前10,前11,前12,前15 |
| 熱 | 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 | 後8 |
| 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 | 後8 |
| 物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 3 | 後9 |
| 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 | 後9 |
| 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 | 後10 |
| 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 | 後11 |
| 気体の内部エネルギーについて説明できる。 | 3 | 後12 |
| 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 | 後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 | 後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 | 後14 |
| 熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 3 | 後15 |