概要:
今まで学んできた物理関連講義を基礎とし、電気電子工学において重要である内容について再構築を行い、多角的視点からの知識及び思考法の習得を目的とする。今までの物理関連講義に比べ、より抽象度の増した物理を学ぶことで、物事をモデル化し理解する考え方を習得する。また、歴史的背景についても述べ、現在の物理学との繋がりについての理解も深める。
授業の進め方・方法:
授業は講義形式で進める。理解を深めるために適宜演習を行い、レポート課題を課す。
物理学は、講義を聴くだけでは理解しにくいため、自ら考え自ら手を動かすことが必要となる。身近な現象や日常的に使っている機器の原理を知ることも理解につながるため、身の回りの現象に興味を持ち観察することも重要である。
注意点:
60点を合格点とする。再試は行わない。点数配分は前期中間、前期期末、後期中間、後期期末それぞれ25％とする。
講義はこちらで用意したプリントとスライドを用いて進める。参考書などは次のものを含め、授業中に紹介する。
参考書: 「力学」(丸善スーパーラーニングシリーズ)「熱力学を学ぶ人のために」「マクスウェルの方程式」ダニエルフライシュ（岩波書店） 「量子力学」(丸善スーパーラーニングシリーズ)、成績評価は中間、期末試験、授業中の発表などを考慮。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
力学 質点の力学（復習） |
一つの質点の運動について、運動方程式をたて、速度、加速度、運動量、エネルギーを求めることができる
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| 2週 |
力学 角運動量 |
角運動量と角運動量保存則について理解する
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| 3週 |
力学 質点系の力学、相対座標 |
相対座標と換算質量を用いて二質点の運動方程式をたて、解くことができる
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| 4週 |
剛体の力学 重心と重心座標 |
剛体とは何か理解し、剛体の重心を求めることができる
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| 5週 |
剛体の力学 慣性モーメント |
剛体の慣性モーメントを求めることができる
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| 6週 |
剛体の力学 剛体の運動方程式 |
剛体の運動方程式をたて、解くことができる
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| 7週 |
剛体の力学 演習 |
剛体の運動を適切な方法で求めることができる
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| 8週 |
熱力学 熱とエネルギー |
熱とは何かについて理解する
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| 2ndQ |
| 9週 |
熱力学 熱力学第一法則 |
熱力学第一法則を理解する
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| 10週 |
熱力学 熱力学第二法則 |
熱力学第二法則を理解する
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| 11週 |
熱力学 カルノーサイクルとカルノーの定理 |
熱機関について理解する
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| 12週 |
熱力学 可逆過程と不可逆過程 |
可逆、不可逆過程、準静的過程について理解する
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| 13週 |
熱力学 エントロピーと物理現象 |
エントロピーについて理解する
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| 14週 |
熱力学 熱力学ポテンシャルと熱力学関数 |
熱力学関数について理解する
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| 15週 |
熱力学 演習 |
熱力学の演習問題を適切な方法で解くことができる
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
マクスウェル方程式を使った電磁気学
ガウスの法則の微分形 |
ガウスの法則の微分形を使って問題を解くことができる
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| 2週 |
マクスウェル方程式を使った電磁気学 ガウスの法則の積分形 |
ガウスの法則の積分形を使って問題を解くことができる
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| 3週 |
マクスウェル方程式を使った電磁気学 アンペールマクスウェルの法則１ |
アンペールマクスウェルの法則の微分形を使って問題を解くことができる
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| 4週 |
マクスウェル方程式を使った電磁気学 アンペールマクスウェルの法則２ |
アンペールマクスウェルの法則の積分形を使って問題が解ける
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| 5週 |
マクスウェル方程式を使った電磁気学 ファラデーマクスウェルの法則１ |
ファラデーマクスウェルの法則の意味を理解する
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| 6週 |
マクスウェル方程式を使った電磁気学 ファラデーマクスウェルの法則２ |
ファラデーの法則を用いて問題を解くことができる
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| 7週 |
マクスウェルの方程式を使った電磁気学
波動方程式と電磁波 |
マクスウェルの方程式から波動関数を求め、その意味を理解する
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| 8週 |
マクスウェルの方程式を使った電磁気学
演習 |
電磁気学の演習問題を適切な方法で解くことができる
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| 4thQ |
| 9週 |
前期量子論 光電効果 |
光電効果について理解する
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| 10週 |
前期量子論 光の二重性 |
光の二重性とスリットの実験について理解する
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| 11週 |
前期量子論 コンプトン散乱 |
コンプトン散乱について理解する
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| 12週 |
前期量子論 ドブロイ波 |
ドブロイ波について理解する
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| 13週 |
前期量子論 ボーアの原子モデル |
ボーアの原子モデルについて理解する
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| 14週 |
前期量子論 水素原子のスペクトル |
水素原子のスペクトルを求めることができる
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| 15週 |
前期量子論 演習 |
前期量子論の演習問題を適切な方法で解くことができる
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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 | 速度と加速度の概念を説明できる。 | 2 | 前1 |
| 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。 | 2 | 前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。 | 2 | 前1 |
| 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。 | 2 | 前1 |
| 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。 | 2 | 前1 |
| 自由落下、及び鉛直投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 2 | 前1 |
| 鉛直投射した物体の座標、速度、時間に関する計算ができる。 | 2 | 前1 |
| 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。 | 2 | 前1 |
| 物体に作用する力を図示することができる。 | 2 | 前1 |
| 力の合成と分解をすることができる。 | 2 | 前1 |
| 重力、抗力、張力、圧力について説明できる。 | 2 | 前1 |
| フックの法則を用いて、弾性力の大きさを求めることができる。 | 2 | 前1 |
| 慣性の法則について説明できる。 | 2 | 前1 |
| 作用と反作用の関係について、具体例を挙げて説明できる。 | 2 | 前1 |
| 運動方程式を用いた計算ができる。 | 2 | 前3 |
| 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。 | 2 | |
| 静止摩擦力がはたらいている場合の力のつりあいについて説明できる。 | 2 | 前1 |
| 最大摩擦力に関する計算ができる。 | 2 | 前1 |
| 動摩擦力に関する計算ができる。 | 2 | |
| 仕事と仕事率に関する計算ができる。 | 2 | 前1 |
| 物体の運動エネルギーに関する計算ができる。 | 2 | |
| 重力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 2 | |
| 弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 物体の質量と速度から運動量を求めることができる。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 2 | |
| 周期、振動数など単振動を特徴づける諸量を求めることができる。 | 2 | |
| 単振動における変位、速度、加速度、力の関係を説明できる。 | 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。 | 2 | |
| 万有引力の法則から物体間にはたらく万有引力を求めることができる. | 2 | |
| 万有引力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 2 | |
| 力のモーメントを求めることができる。 | 2 | |
| 角運動量を求めることができる。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 剛体における力のつり合いに関する計算ができる。 | 2 | |
| 重心に関する計算ができる。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 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。 | 1 | |
| 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。 | 2 | |
| 物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 気体の内部エネルギーについて説明できる。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 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。 | 2 | |
| 熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 2 | |
| 電気 | 導体と不導体の違いについて、自由電子と関連させて説明できる。 | 2 | |
| クーロンの法則を説明し、点電荷の間にはたらく静電気力を求めることができる。 | 2 | |
| オームの法則から、電圧、電流、抵抗に関する計算ができる。 | 2 | |
| 抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求めることができる。 | 2 | |
| ジュール熱や電力を求めることができる。 | 2 | |