物理学AI<1組>(工学域・物質化学系学類)

科目名
Course Title
授業コード 単位数 配当年次 開講期間
Term
科目分類 ナンバリング
コード
曜日
コマ
教室 担当教員氏名
Instructor
物理学AI<1組>(工学域・物質化学系学類)
General Physics AI
A600290003 2 1 後期授業 理系基礎科目 FLPHY1929-J1 水3 B3-202 上浦 良友

オフィスアワー

(水曜日16:00~18:00・B3-549) 質問などは先ずメールで。

授業目標

力学は電磁気学とならんで自然科学の基礎です。本授業であつかう古典力学は、基本的にはニュートンの運動の3法則に要約されます。特に、運動の第2法則は微分方程式で表されています。数学的な解法と計算に終始するのではなく、まず運動に対して式を立てること、その式の意味を理解することに努めます。その際、質点の運動をベクトルを用いて表わし、位置、速度、加速度、力、運動量ならびにエネルギーといった概念の理解を深めることを目標にします。具体的には、以下の能力を身につけることを達成目標とします。

1. 質点の位置、速度、加速度をベクトルとして扱えること。
2. 基本的な物理量のベクトル演算(スカラー積、ベクトル積、微分および積分)ができること。さらに微分、偏微分および全微分が使えること。
3. 質点の1次元,2次元(平面)および3次元の運動をベクトルで扱えること。
4. 質点の運動を直角座標系、極座標系、接線・法線座標系などで適切に記述できること。
5. 保存力とポテンシャルの関係などを理解するうえで、スカラー場の勾配、ベクトルの発散などの演算ができること。
6. 運動の3法則を復習したうえで、第2法則の運動方程式(2階の微分方程式)を立て、解が求められること。
7. 慣性系とガリレイ変換、平並進加速度系や回転系での見かけの力などを説明できること。

教科書

物理学(三訂版):小出 昭一郎著、裳華房

参考書

力学1:原島 鮮 裳華房
ファインマン物理学 (1) 力学:ファインマン、レイトン、サンズ著、坪井忠二訳、岩波書店
詳解力学演習:後藤 憲一、山本邦夫他編、共立出版
演習 力 学(新訂版):今井功、高見穎郎、高木隆司ほか、サイエンス社
物理学演習問題集 力学編:原康夫、右近修治、学術図書出版

関連科目

物理学AII、物理学B、物理学C、物理学実験、微積分学I・II、ベクトル解析ほか

授業時間外の学習(準備学習等について)

シラバスに毎回の授業内容に対応する教科書の節番号を記載していますので、予習として教科書の該当部分を読んでおいてください。また、復習として、授業でやったところの教科書・ノートの内容を再度読み、関連する(教科書の問、例題、演習書の例題など)を解いてください。 なお、講義支援システムに資料などを必要に応じてあげておきますので、予習・復習に活用してください。物理が不得意な方には e-Learning講座(B3棟 2階)も利用できます。

授業の概要

高校までの数学では専門基礎の物理を学ぶには不十分です。そこで、講義の四半期では物理学の理解に必要な数学をまず学習します。それから、質点運動の数学的表現方法と運動の3法則を説明します。単振動をはじめとする典型的運動の取り扱いを運動方程式により説明した後、保存力、位置エネルギー、運動エネルギー、運動量、角運動量など、基本的な物理量間の関係式、保存則を導きます。また、これらの法則から様々な物理現象が理解できることを示します。

授業計画

第1回 ガイダンス、
物理現象の記述:数学の準備1
準備学習等 1回目は復習に努めてください。
第2回 物理現象の記述:数学の準備2 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題が解けるようにしてください。予習は教科書の該当頁を指示しますので、事前に読んでください。
第3回 物理現象の記述:数学の準備3 準備学習等 同上
第4回 物理現象の記述:数学の準備4 準備学習等 同上
第5回 質点の運動:速度と加速度の概念など 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.3の内容を事前に読んでください。
第6回 座標系について:接線・法線座標系の使い方 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.4の内容を事前に読んでください。
第7回 力と慣性、ニュートンの運動の3法則 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.5、1.6の内容を事前に読んでください。
第8回 単振動、単振り子:運動方程式の立て方とその解法 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.7、1.8の内容を事前に読んでください。
第9回 仕事と運動エネルギー、束縛運動:仕事の概念、摩擦力が働く場合の運動 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.9の内容を事前に読んでください。
第10回 保存力と散逸力:保存力の概念、微分演算子の使い方 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.10の内容を事前に読んでください。
第11回 保存力とポテンシャル:力学的エネルギー保存則 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.11、1.12の内容を事前に読んでください。
第12回 平面運動の極座標表示:角速度、面積速度について 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.13の内容を事前に読んでください。
第13回 万有引力の法則:惑星の運動(ケプラーの3法則) 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.14の内容を事前に読んでください。
第14回 相対運動:ガリレイ変換と回転座標系、慣性系について 準備学習等 前回の講義内容について復習し、前回の小テストの問題、教科書の問などが解けるようにしてください。教科書§1.15の内容を事前に読んでください。
第15回 角運動量と回転運動、角運動量保存則:ベクトル積を使って記述する。 準備学習等 復習に努めてください。
第16回 以上の授業計画はあくまで予定です。 準備学習等

成績評価

授業目標(達成目標)の1〜7の達成度で成績評価を行う。C(合格)以上を得点するためには1〜7の全ての項目で基本的な問題(教科書の例題は勿論、章末問題など)が解けることが必要です。
成績については、定期試験(60%)、レポート(20%)、および平常点(20%)により評価する予定です。