応用物理学

科目基礎情報

学校 有明工業高等専門学校 開講年度 平成31年度 (2019年度)
授業科目 応用物理学
科目番号 0032 科目区分 専門 / 必修
授業形態 授業 単位の種別と単位数 履修単位: 4
開設学科 創造工学科 対象学年 3
開設期 通年 週時間数 2
教科書/教材 教科書:『総合物理1-力と運動・熱-』『総合物理2-波・電気と磁気・原子-』 國友正和 ほか10名/数研出版 副教材:『改訂版 リードα 物理基礎・物理』 数研出版編集部 編/数研出版,『改訂版 フォトサイエンス物理図録』 数研出版編集部/数研出版
担当教員 酒井 健,鮫島 朋子,竹内 伯夫

到達目標

物理的な事物・事象についての観察を行い、物理的に探求する能力を身につけると共に、基本的な概念や原理・法則を理解できる。
1.物理学に関する実験を行い、内容を理解できる。
2.気体のエネルギーと状態変化に関する基礎的な計算をすることができる。
3.波動の性質について理解できる。
4.電場と電流について理解できる。
5.微分・積分を用いた物理学の基礎について理解できる。

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実験内容および実験方法、実験することの意味、測定データの整理法ついて説明でき、報告書をまとめて提出できる。実験内容および実験方法、実験することの意味、測定データの整理法ついて概略を説明でき、報告書をまとめて提出できる。実験内容および実験方法、実験することの意味、測定データの整理法ついて概略が説明できず、報告書をまとめて提出できない。
評価項目2熱力学の第1法則を用いて気体の状態変化についてのやや複雑な問題を解く事ができる。モル比熱を使った問題を解く事ができる。熱容量や比熱の概念、熱力学の第1法則を理解でき、気体の状態変化についての簡単な問題を解く事ができる。 気体の分子運動論を理解できる。熱機関の効率について計算できる。熱容量や比熱の概念が理解できない。熱力学の第1法則を理解できない。気体の分子運動論を理解できない。熱機関の効率について計算できない。
評価項目3波動の基本的な性質、音、光について、正しく作図および計算ができ、現象を理解できる。波動の基本的な性質、音、光について、作図および計算ができ、概要を理解できる。波動の基本的な性質、音、光について、理解できない。
評価項目4電場と電位、直流回路等について、論理的に説明できる。電場と電位、直流回路等について、概略を説明できる。電場と電位、直流回路等について、概略を説明できない。
評価項目5微分・積分を使った解法、角運動量、慣性モーメント等について、論理的に説明できる。微分・積分を使った解法、角運動量、慣性モーメント等について、概略を説明できる。微分・積分を使った解法、角運動量、慣性モーメント等について、概略を説明できない。

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 B-1

教育方法等

概要:
 物理学は例えば力学、熱、波動などいくつかの分野に分けられるが、隔週で実施する物理学実験は、物理学の各分野において重要と思われるテーマを取り上げて、学生自身が実験することで体験的に物理的な理解を深めることを目的としている。原則として2人1組で実験を行い、各自で測定データを整理し定量的な結果を求め、得られた結果について検討・吟味して報告書としてまとめるものである。1~2学年で学んだ基礎物理学は物理の分野で学ぶべき基礎的内容の一部であり、工学の分野を学び理解するために必要な内容がまだかなり残されている。2週あたりで3コマのコマ数配分で行う講義形式の授業では、残っている基礎的な物理学の分野の中で、ぜひ理解し習得して欲しい内容について学習する。
 3学年の応用物理学全体を通して、論理的な思考や考え方、数式の展開などについても学年進行にふさわしい学力を身につけることができる。
授業の進め方と授業内容・方法:
 通年で実験(12コマ:隔週で実施)と講義(48コマ)に分けて実施する。
 実験は、授業において配布する実験書に基づき、単振り子による重力加速度の測定、つるまきばねの振動、ヤング率の測定、気柱の共鳴、屈折率の測定、光の波長測定、ニュートンリングによる曲率半径の測定、固体の比熱測定、固体の線膨張率測定、等電位線の測定、抵抗の測定、電気抵抗の測定、放射線の測定等の中から毎回1テーマを2人1組で実施する。講義では、内容の理解と定着をはかるため、演習問題を授業の進度に合わせて適宜レポートとして解答・提出してもらう。また、必要に応じて小テスト等を行う。なお、後期中間試験までは高校の検定教科書を使用し、学年末試験までは授業中に配布するプリントを用いて進める。
 なお、成績は定期試験および課題試験類を50%、実験の報告書を30%、小テストおよび宿題レポートを20%として総合的に評価し、60%以上の得点率で目標達成とみなす。
注意点:

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
前期
1週 ・授業の概要説明
【教科書 第2編】
(第1章 熱と物質)
・熱と熱量
1年間の取り組みについて理解する。
温度、熱量、熱容量と比熱、熱量の保存について説明できる。
2週 ・実験ガイダンス
・熱と物質の状態
・熱と仕事
測定機器の使用法について理解する。
物質の三態や熱膨張率、熱と仕事の関係、熱の仕事当量について説明できる。
3週 (第2章 気体のエネルギーと状態変化)
・気体の法則
気体の圧力、ボイルの法則、シャルルの法則、ボイル・シャルルの法則、理想気体の状態方程式について説明できる。
4週 ・実験ガイダンス
・気体分子の運動
誤差と最小二乗法について理解する。
気体の分子運動と圧力の関係、平均運動エネルギーと絶対温度の関係について説明できる。
5週 ・気体の状態変化 気体の内部エネルギー、熱力学第一法則、気体の状態変化について説明できる。
6週 ・実験No.1
・気体のモル比熱
実験を行い、報告書を作成する。
気体のモル比熱について説明できる。
7週 ・不可逆変化と熱機関 不可逆変化、熱力学第2法則、熱機関と熱効率について説明できる。
8週 ・前期中間試験
9週 ・テスト返却と解説
【教科書 第3編】
(第1章 波の性質)
・波の発生と正弦波
中間試験の問題の解法を理解する。
波の発生と伝わり方、波の表し方、正弦波の式について理解する。
10週 ・実験No.2
・位相、横波と縦波
・重ね合わせの原理
実験を行い、報告書を作成する。
波の位相、横波と縦波、波のエネルギーについて理解する。
波の重ね合わせおよび定常波について理解する。
11週 ・ホイヘンスの原理 波の反射・干渉・屈折・回折、ホイヘンスの原理について理解する。
12週 ・実験No.3
(第2章 音)
・音の性質
・発音体の振動
実験を行い、報告書を作成する。
音の性質について理解する。
発音体の振動および共振と共鳴について理解する。
13週 ・音のドップラー効果 音のドップラー効果について理解する。
14週 ・実験No.4
(第3章 光)
・光の性質
・光の反射・屈折
実験を行い、報告書を作成する。
光の性質について理解する。
光の反射と屈折に関する問題の解法について理解する。
15週 ・前期末試験
16週 ・テスト返却と解説 期末試験の問題の解法を理解する。
後期
1週 【教科書 第4編】
(第1章 電場)
・静電気力
帯電のしくみ、静電誘導と誘電分極について理解する。
クーロンの法則について理解する。
2週 ・実験No.5
・電場
実験を行い、報告書を作成する。
電場、電気力線について理解する。
3週 ・電場
電場の重ね合わせについて理解する。
4週 ・実験No.6
・電位
実験を行い、報告書を作成する。
電位について理解する。
5週 ・物質と電場 導体と不導体中の電場について理解する。
6週 ・実験No.7
・オームの法則
実験を行い、報告書を作成する。
オームの法則について理解する。
7週 ・直流電流 キルヒホッフの法則やジュール熱や電力について理解する。
8週 ・後期中間試験
9週 ・テスト返却と解説
【配布プリント】
(第1章 微分・積分)
・微分・積分の復習
・中間試験の問題の解法を理解する。
・微分および積分について今まで学んだことを整理する。
10週 ・実験No.8
・微分・積分を用いた計算
実験を行い、報告書を作成する。
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。
11週 ・微分方程式 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。
12週 ・実験No.9
・演習
実験を行い、報告書を作成する。
微分・積分を用いた問題を解くことができる。
13週 (第2章 角運動量)
・角運動量
角運動量について理解し、角運動保存則に関する問題を解くことができる。
14週 ・実験No.10
(第3章 慣性モーメント)
・慣性モーメント
実験を行い、報告書を作成する。
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。
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。
15週 ・学年末試験
16週 ・テスト返却と解説 学年末試験の問題の解法を理解する。

評価割合

試験発表相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合50000500100
基礎的能力50000500100
専門的能力0000000
分野横断的能力0000000