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。
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。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス、物理と専門工学とのつながりについて、物理でのスカラー量とベクトル量の数学的取り扱いについて、単位について |
力Fや質量ｍなど物理で扱う諸物理量についてスカラー量とベクトル量の分類ができ、その数学的取り扱いについて説明できる。国際単位系を説明できる。専門工学（電気電子工学）における物理の考え方を理解して、その代表的な事項を説明できる。
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| 2週 |
様々な座標：2次元・3次元極座標，円筒座標への変換 |
場を記述する方法としてデカルト座標とそれ以外の座標を対応付け変換できる。ベクトルの内積や外積に関して説明できる。
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| 3週 |
物理における微分積分と物理量 ：運動の記述:位置、速度、加速度、躍度について、各運動の種類と分類について |
微分積分の考えに基づき運動を記述する位置、速度、加速度、躍度について式を用いて説明、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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| 4週 |
運動量保存と分裂、衝突及びその種類、保存される量、及び運動の考察における利用について |
運動量保存則を理解して、現象としての分裂、衝突における物体の運動について、保存される量とともに説明できる。衝突をその特徴・はねかえり係数の式から 分類して、それぞれの場合の運動を説明できる。
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| 5週 |
運動の考察と運動方程式：重力ある場合の各運動、座標系のとり方について |
自由落下、放物運動など重力のある場合の運動について、運動方程式からその運動を説明できるとともに座標の取り方を変え、別の視点から運動を記述説明できる。空気抵抗がある場合に落下においても、微分方程式として運動方程式を解き、その運動を説明できる。
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| 6週 |
様々な力：代表的な４つの力、万有引力と重力、電磁気力について |
４つの力について説明できる。さらに万有引力と電磁気力について式の意味を理解し、物理量を求めることができる。
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| 7週 |
問題演習I：前期中の学習事項の振り返りと演習"
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学習した物理現象の説明、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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| 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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| 2ndQ |
| 9週 |
答案返却・解説
巨視的物体にはたらく様々な力 |
運動を妨げる抗力を現象に合わせて分類し、それぞれの式を理解して説明できる。関与する物理量を理解し、未知の値を求めることができる。
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| 10週 |
抵抗を受けながらの運動１：重力ある場合の運動、粘性抵抗を受けながらの落下運動 |
自由落下、粘性抵抗のある場合の運動について、運動方程式からその運動を説明できるとともに座標の取り方を変え、別の視点から運動を記述説明できる。抵抗がある場合においても、微分方程式として運動方程式を解き、その運動を説明できる。
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| 11週 |
抵抗を受けながらの運動２：初期条件による運動の変化、慣性抵抗を受ける質点の落下運動 |
速度に関する抵抗がある場合の計算について、数学的取り扱いとして微分方程式を解く。式の物理的意味を理解する。
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| 12週 |
位置エネルギー、運動エネルギーと仕事について：位置エネルギー・運動エネルギー、運動方程式からの運動エネルギーの変化と外力の成す仕事の導出と利用 |
運方程式からの運動エネルギーの変化と外力の成す仕事の関係を導出することができ、重力による位置エネルギーが関係する基本的な問題で、運動方程式を使わずに位置の変化から速度の変化、またその逆の過程で運動を説明できる。
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| 13週 |
力学的エネルギー保存の法則：運動エネルギーとポテンシャルエネルギー、保存力と時間反転対称性 |
保存力のもとでの運動とエネルギーの変化について説明ができる。時間反転対称性に関して可逆変化と不可逆変化に結び付け説明できる。
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| 14週 |
問題演習II：前期中の学習事項の振り返りと演習 |
学習した物理現象の説明、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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| 15週 |
定期試験 |
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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| 16週 |
答案返却・解説 |
定期試験の内容を確認し、理解が不足する点を再度復習して今後の学習へ繋げる。
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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 | 物理 | 速度と加速度の概念を説明できる。 | 3 | 前1,前2,前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 | 前1,前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。 | 3 | 前1,前2,前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 | 前1,前2 |
| 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2,前3 |
| 平均の速度、平均の加速度を計算することができる。 | 3 | 前2,前3 |
| 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。 | 3 | 前10 |
| 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。 | 3 | 前10 |
| 物体に作用する力を図示することができる。 | 3 | 前6,前9 |
| 力の合成と分解をすることができる。 | 3 | 前6,前9 |
| 重力、抗力、張力、圧力について説明できる。 | 3 | 前6,前9 |
| 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。 | 3 | 前6,前9 |
| 質点にはたらく力のつりあいの問題を解くことができる。 | 3 | 前6,前9 |
| 慣性の法則について説明できる。 | 3 | 前4,前5 |
| 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。 | 3 | 前4,前5 |
| 運動方程式を用いた計算ができる。 | 3 | 前4,前5 |
| 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 |
| 運動の法則について説明できる。 | 3 | 前4,前5 |
| 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。 | 3 | 前10,前11 |
| 最大摩擦力に関する計算ができる。 | 3 | 前10,前11 |
| 動摩擦力に関する計算ができる。 | 3 | 前10,前11 |
| 仕事と仕事率に関する計算ができる。 | 3 | 前12,前13 |
| 物体の運動エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | 前12,前13 |
| 重力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | 前12,前13 |
| 弾性力による位置エネルギーに関する計算ができる。 | 3 | 前12,前13 |
| 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 | 前12,前13 |
| 物体の質量と速度から運動量を求めることができる。 | 3 | 前4,前5 |
| 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 | 前4,前5 |
| 運動量保存則を様々な物理量の計算に利用できる。 | 3 | 前4,前5 |
| 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 | 前3 |
| 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 | 前6 |
| 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 | 前12 |