○物理学Ｉ（Physics I）[2201]

＜授業のねらい及び具体的な達成目標＞

自然界は複雑，難解であるが，実際には単純解の重ね合わせが多い。そういった意味では，そこには万能な公式などは存在しない。本講義では、Newtonの運動法則，エネルギー・運動量の保存など基本的な法則性を紹介し，質点，質点系，剛体の運動記述について解説していく。
　以下に具体的な到達目標を示す。

1. 「１現象→１公式」の受験物理ではなく，基本法則に従った物理学の習得。
   
2. 基本本法則の複合系への応用の習得。
   
3. ポテンシャルの理解。
   

（JABEE学習・教育目標）
「機械工学エネルギー・デザインプログラム」：D(◎)
（JABEE基本キーワード）
「静力学」、「運動の法則」、「自由振動」、「強制振動」

＜授業計画及び準備学習＞

1. 講義概要説明と数学的準備：
   ベクトル演算など講義に必要な知識を復習/解説する。また、全学科共通の習熟度調査を行う。
   　　準備学習：高校で学習したベクトルを復習しておく。
   
2. 数学的次元と物理学的次元：
   物理的次元の解説を行い、国際単位系について学ぶ。
   　　準備学習：高校で学習したベクトルを復習し、教科書1〜9ページを熟読する。
   
3. 物理学の中の微分：
   座標，速度，加速度を基に，数学で学んだ微分の知識を物理学的にとらえる。
   　　準備学習：教科書9〜14ページを熟読し、例題を解く。
   
4. 物理学の中の積分：
   座標，速度，加速度を基に，数学で学んだ積分の知識を物理学的にとらえる。
   　　準備学習：教科書14〜19ページを熟読し、例題、類題を解く。
   
5. ニュートン力学の概要：
   質点の力学を通してニュートン力学の基本法則を解説していく。
   　　準備学習：教科書21〜28ページを熟読し、例題、類題を解く。
   
6. 運動方程式を使った運動の記述１：
   ニュートン力学の基本法則を基に，放物運動，空気抵抗などを例に取りながら自然現象の定式化を学ぶ。
   　　準備学習：教科書28〜34ページを熟読し、例題、類題を解く。
   
7. 運動方程式を使った運動の記述２：
   振動の様子を例に，運動の記述を学ぶ。
   　　準備学習：教科書34〜40ページを熟読し、例題、類題を解く。
   
8. 慣性系と非慣性系：
   慣性系と非慣性系について座標系を学び，慣性力について解説をしていく。
   　　準備学習：教科書40〜47ページを熟読し、例題、類題を解く。
   
9. 仕事と運動エネルギー：
   工科系科目の基本概念である仕事と運動エネルギーの概念を解説する。
   　　準備学習：教科書50〜54ページ、56〜57ページを熟読し、例題、類題を解く。
   
10. ポテンシャル：
    保存力とポテンシャル・エネルギーを解説し，力学的エネルギー保存則を学ぶ。
    　　準備学習：教科書54〜60ページを熟読し、例題、類題を解く。
    
11. 保存量の理解：
    エネルギーの保存に始まり，運動量，角運動量の保存など自然界を支配する「保存」の考え方を解説する。
    　　準備学習：教科書60〜65ページを熟読し、例題、類題を解く。
    
12. 相互作用としての重力：
    重力を万有引力の一面としてとらえ，自然界の力を相互作用として考察する。また，万有引力の例として，天体運動について考察していく。
    　　準備学習：教科書71〜78ページを熟読し、例題、類題を解く。
    
13. 剛体の運動と力のつりあい：
    広がりのある物体の運動を運動方程式に加えて，力のモーメントを含めて考察する。
    　　準備学習：教科書81〜88ページを熟読し、例題、類題を解く。
    
14. 慣性モーメントの計算：
    剛体の運動を理解するためには必要不可欠である慣性モーメントについて，単純な形状を例に計算方法を学ぶ。
    　　準備学習：教科書88〜94ページを熟読し、例題、類題を解く。
    
15. 学習成果の確認（試験）
    　　準備学習：前回までの総復習を行う。
    

＜成績評価方法及び水準＞

定期試験と講義中に行う小テストによる１００点評価で行う。６０点以上で合格とする。配点の内訳は以下の通りとなる。

定期試験、小テストについてはそれぞれ、

• 定期試験(A)…１００点満点で定期試験期間に行う。
  
• 講義中に行う小テスト(B)　…毎時間２点満点で行い合算する。ただし，合算については２０点を満点とし，越えた分は切り捨てる。
  

とする。この２区分の評価点を

1. <評価点１> = A
   
2. <評価点２> = A × 0.8 +B
   

で合算し、それぞれの大きいほうを評価点とする。

＜教科書＞

「理工系　物理学講義（改訂版）」　加藤潔著（培風館）

＜参考書＞

• 「物理学演習テキスト」（学術図書出版）
  物理学演習IおよびIIのテキストである。各回の講義終了の段階で，演習テキストの中より復習のための問題を指定する予定でいる。復習のため，その日の内容を確実に身に付けるためにも手元においておくことが望ましい。
  
• 「なっとくシリーズ」（講談社）
  高校時代の物理学履修が不十分であった学生，未履修であった学生は，慣れという意味でのハンディを背負っているといえる。残念ながら，初学者向けの書籍（特に「必ず単位が取れる」などと謳っている書籍）だけで，大学の物理学が身につくとはない。また、そのようには絶対に考えないでほしい。学問の王道は努力であると信じる。とはいえ，「物理学」や「数学」といった学問に慣れることも大切である。たとえば，ここに挙げた「なっとくシリーズ」などは，導入という意味では比較的読みやすいシリーズであると思う。
  
• 「裳華房フィジックスライブラリー・シリーズ」（裳華房）
  例えば，高校で学んだ物理学と大学で学ぶ物理学の一番の違いは数学的取り扱い方法にあると考える。微積分、ベクトル演算、行列など、英語における単語にも等しい重要度を持つこれらの手段を確かなものにすることは、物理学に限らず、今後の大学生活の中においても有用であろう。あまり初学者向けの書籍とはいえないが，このシリーズの「物理数学I」には、1年生で使う内容がおおよそ書かれている。初めはなかなか判り辛いかもしれないが、何度か読み直していくうちに次第に理解が進んでくるだろう。その他、共通基礎科目だけではなく専門科目を学んでいく際にも役に立つであろう書籍がこのシリーズには多々含まれている。
  

＜オフィスアワー＞

水曜日 11：00〜12：30　（八王子校舎1号館209室）

＜学生へのメッセージ＞

講義時間は１時間３０分と長いようで短い。本来ならば，系統立てて学んだ内容を演習で訓練する時間が講義時間内に設けられるべきであろうが，それがかなわない状況にある。そこで，木曜日の午後の「物理学演習I」の受講を勧める。若干の時間的ずれが学会出張などによって生じることもあるが，基本的に物理学の講義と連動するようになっている。演習の時間を有効活用してもらいたい。

講義で使用するスライドは、講義開始前までにWebサイトへ掲載する。下記「参考ホームページアドレス」から辿ることができるので、有効活用してほしい。

質問は歓迎する。ただし，必ず居室にいるとは限らないので，E-mailを利用するか事前にアポイントメントを取るように(ft11196[at]ns.kogakuin.ac.jp)。

＜参考ホームページアドレス＞