到達目標
1. ニュートンの運動の3法則を対象となる物体の状況に適用してその運動を方程式として記述することができる。
2. 微分・積分を用いて運動に関する物理量を導き出し、その意味を説明できる。
3. 各物理量、法則を用いて対象となる物体の運動・作用を説明、式として記述することができる。
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 | ニュートンの運動の3法則を、複合的条件を有する物体に適用してその運動を方程式として正しく記述することができる。 | ニュートンの運動の3法則を、基本的な条件を有する物体に適用してその運動を方程式として正しく記述することができる。 | ニュートンの運動の3法則の理解が不十分であり、また対象となる物体の条件に正しく適用することができず、方程式を立てることができない。 |
| 評価項目2 | 微分・積分を用いて、授業で扱う全ての運動に関する物理量を正しく導き出し、その意味を正しく説明できる。 | 微分・積分を用いて運動に関する重要な物理量を導き出し、その意味を説明できる。 | 微分・積分を用いて運動に関する重要な物理量を導き出すことができない、あるいはその意味を正しく説明できない。 |
| 評価項目3 | 各物理量、法則を用いて対象となる複合的な物体の運動・作用を説明、式として記述することができる。 | 各物理量、法則を用いて対象となる基本的な物体の運動・作用を説明、式として記述することができる。 | 対象となる物体の運動・作用を説明する各物理量、法則を正しく用いることができない、あるいは式として正しく記述することができない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 A① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する基礎を理解できる。
学習・教育到達度目標 A② 自主的・継続的な学習を通じて、基礎科目に関する問題を解くことができる。
教育方法等
概要:
物理は各技術分野の基本となる学問である。2年次で学んだ力学の部分に対して微分積分、ベクトルを用いて数学的物理的 意味を明らかにすることで物理現象のより 本質的な理解と考察を目指し、電子の運動から天体の移動など様々な運動について学ぶ。
授業の進め方・方法:
物理現象の記述における数学の重要性と各物理量、保存量の導出過程を数式を用いながらその物理的意味を解説する。多 くの物理量がベクトルとして扱われ、微分積分を用いるので数学的理解を深めておくことが重要である。
注意点:
補助教材として動画資料やグループ学習用大判プリント教材（LSH）、課題などを活用しながら継続的に学習していくことが重要である。
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 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
前期学習事項の振り返り、夏休み課題の確認（グループ学習） |
夏休み中の宿題の確認と前期中の学習事項の振り返りと演習から理解が不足している点を確認して次の学習に結び付けることが出来る
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| 2週 |
保存力とポテンシャルエネルギー：保存力の定義、ポテンシャルと保存力の数学的関係について |
前期に学習した外力のする仕事について、さらに理解を深めて保存力・非保存力の定義と該当する力を説明できる。ポテンシャルと保存力の数学的関係について理解し、図形、ベクトル解析における演算子、積分を用いてそれぞれから他方を求めることができる。
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| 3週 |
ポテンシャルと力学的仕事の関係と電気電子工学分野（電磁気学、電子工学）での利用について |
ポテンシャルと力学的仕事の関係について電気電子工学分野における電磁気の電位と電界、電子工学におけるPN接合のバンド図と電界を説明できる。
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| 4週 |
束縛運動と束縛力について： 物体の運動を軌道に束縛する場合に作用する束縛力と運動 |
力が作用しない場合は等速直線運動をするはずの物体がある軌道に束縛される場合について、作用する束縛力、束縛力のする仕事について説明できる。
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| 5週 |
円運動について：円運動の記述:角位置、角速度、角加速度、等速・非等速円運動 |
微分積分の考えに基づき円運動を記述する角位置、角速度、角加速度について図式を用いての説明、ある量から他量を求めることができる。これらの物理量から物体の運動を分類し、説明することができる。
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| 6週 |
向心力と遠心力、慣性力 と慣性座標系・非慣性座標系、遠心力の工学的利用について |
円運動を考える場合の向心力と遠心力の考えを理解し、慣性座標系・非慣性座標系を用いた説明ができる。遠心力を用いた機器の原理・特徴を図式とともに説明できる。
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| 7週 |
様々な場合の円運動・関連する運動について：天体の運動、人工衛星と宇宙速度、ポテンシャルエネルギーとの関係 |
様々な場合の円運動の例として人工衛星を考え、宇宙速度、ポテンシャルエネルギーを含む基本的な問題が解ける。ケプラーの法則を含む惑星の運動について図式を用いて説明できる。
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| 8週 |
中間試験 |
試験範囲となった物理現象の説明と、関連する問題を解くことできる。また、理解が不足している点を確認して次の学習に結び付けることが出来る。
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| 4thQ |
| 9週 |
非等速円運動と力のモーメントについて：非等速運動の記述と作用する力のモーメント(トルク)、外積を用いた計算 |
外積の特徴を理解して図式で説明ができ、外積を用いた計算により力のモーメントを求めることができる。非等速運動となる物体の運動の運動方程式を記述し、その運動を説明できる。
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| 10週 |
中心力と角運動量について：角運動量と中心力が作用する場合の運動と角運動量保存 |
角運動慮を理解して図式で説明ができる。中心力が作用する場合の運動とその場合の角運動量保存について説明できる。
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| 11週 |
剛体の回転運動：剛体について、つりあいを含む剛体の運動方程式、固定軸のまわりの剛体の慣性モーメント |
剛体について定義を理解するととともに、与えられた剛体の慣性モーメントを用いて、つりあいを含む剛体の固定軸のまわりの運動方程式を記述して説明することができる。基本的な問題について運動方程式を解き、運動を説明できる。
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| 12週 |
慣性モーメントについて：基本的な物体(図形)における慣性モーメントの計算 |
慣性モーメントの定義式を理解し、基本的な物体(図形)における慣性モーメントを図形から、あるいは積分によって求めることができる。
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| 13週 |
剛体の平面運動：回転運動と並進運動、基本的な剛体の平面運動について |
基本的な剛体の平面運動、回転運動と並進運動を同時に考える剛体の運動についてそれぞれの運動方程式を立て、それを解いて運動を説明できる。
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| 14週 |
総合問題演習 |
学習した物理現象の説明と、関連する問題を解くことできる。また、理解が不足している点を確認して最終的な理解を深める。
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| 15週 |
総合問題演習 |
学習した物理現象の説明と、関連する問題を解くことできる。また、理解が不足している点を確認して最終的な理解を深める。
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| 16週 |
定期試験 |
学習した物理現象の説明と、関連する問題を解くことできる。また、理解が不足している点を確認して最終的な学習目標の達成に結び付けることが出来る。
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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 | 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。 | 3 | 後5,後6,後7 |
| 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. | 3 | 後2,後3,後7 |
| 万有引力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | 後2,後3,後7 |
| 力のモーメントを求めることができる。 | 3 | 後9 |
| 角運動量を求めることができる。 | 3 | 後9,後10 |
| 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 | 後10 |
| 剛体における力のつり合いに関する計算ができる。 | 3 | 後11 |
| 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 | 後12 |
| 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 | 後11,後12,後13 |
評価割合
| 試験 | 小テスト等 | 演習・レポート | 発表 | 相互評価 | 合計 |
| 総合評価割合 | 70 | 0 | 30 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 70 | 0 | 30 | 0 | 0 | 100 |
| 専門的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |