○物理学演習Ｉ（Exercises in Physics I）[4517]

＜授業のねらい及び具体的な達成目標＞

グローバルエンジニアリング学部における学習の土台の1つとして，物理学の基礎を
演習形式で学ぶ。演習問題はすべて英文であり，プリントを配布する。


物理学演習Iでは力学が中心となる。高校での物理学未習者がいることも考慮して
基礎的なレベルから学んでいく。この科目は講義の「物理学I」と対をなすもので，
講義と演習が連携しながら進行する。講義では基本的な概念や定理を学習し，演習
で実際に手を動かして問題を解くことにより理解を定着させる。

以下の項目を習得することを目標とする。

（１）各種の物理量と単位系、物理量の間の数学的関係の把握と計算ができる
こと。ベクトル量の扱いを理解すること。
（２）各種の力（重力、抵抗力、復元力、向心力など）の意味が理解できること。
（３）具体的な対象が与えられたときに、前項の力を使って、運動方程式を書
き下すことができること。２階微分方程式の範囲で、その方程式を解き、その
結果の物理的意味が把握できること。
（４）エネルギーと運動量の保存則を理解し、対象に対して、これらの保存則
を適用することができること。
（５）剛体のつりあい条件を理解し、対象に対して、これらの条件を適用する
ことができること。

（前提となる基礎知識と修得後の展開）
本科目で修得した内容は，「物理学演習I」，「物理学II」，「物理学演習
II」，「物理学III」，「物理学演習III」および，物理学の知識を基礎とし
て要求する各専門科目の履修に役立つ。

（ＪＡＢＥＥ学習・教育目標）
「国際工学プログラム」
(C)基礎工学・専門工学知識の習得:◎
JABEE基準1の(1)の知識・能力：（ｃ）（ｄ）の（1)：◎

＜授業計画及び準備学習＞

1. 序論。物理学の方法。一般常識(SI単位系，ベクトルなど)。
SI単位系の構造，接頭語などを学ぶ。力などのベクトル量について，合成と分
解，接線成分，法線成分の定義などを学ぶ。
準備学習：高校で学習した微積分の復習をしておく。

2. 数学的準備(1)。座標系。連続的変化と微分。速度と加速度。
位置と速度の関係について詳しく議論し，連続的に変化する物理量の間の関係
式が微分により表現されることを理解する。簡単な運動については，具体的に
速度，加速度が計算できる。
準備学習：教材プリント「基本」問1-10の英文の内容を理解した上で解いてくること。

3. 数学的準備(2)。積分。密度分布。
前回での位置と速度の関係を逆転して，物理量の間の関係式が積分により表現
されることを理解する。そして，初期条件の重要性と使い方を学ぶ。密度を例
として分布量（場）の扱いを理解する。
準備学習：教材プリント「座標、ベクトル」問1-6の英文の内容を理解した上で解いてくること。

4. 質点力学(1)。ニュートンの力学法則。等加速度運動。
ニュートンの３法則を学ぶ。重力による運動を例として，等加速度運動の扱い
を理解する。２次元の放物運動についても学ぶ。
準備学習：教材プリント「速度、加速度」問1-6の英文の内容を理解した上で解いてくること。

5. 質点力学(2)。抵抗力。
運動方程式の解法の例として，抵抗力を扱う。微分方程式の扱いについて概略
を理解し，結果の物理的意味（終端速度など）を理解する。
準備学習：教材プリント「積分、密度」問1-4の英文の内容を理解した上で解いてくること。

6. 質点力学(3)。単振動。
運動方程式の解法の例として，単振動を引き起こす力を扱う。微分方程式の扱
いについて概略を理解し，結果の物理的意味（単振動の性質）を理解する。
準備学習：教材プリント「等加速度運動」問1-4、「抵抗力」問1-3の英文の内容を理解した上で解いてくること。

7. 質点力学(4)。円運動。
円運動をしている質点に働く力，向心力を理解する。この定式化が地球の運動
や原子の中の電子の運動にも使えることを学ぶ。
準備学習：教材プリント「単振動」問1-4の英文の内容を理解した上で解いてくること。


8. 質点力学(5)。運動と座標系。慣性力。
ガリレオの相対性原理を学び，なぜ地球が動いていることを感じないかを理解
する。慣性力として，乗り物の発進・停車時に働く力は何か，遠心力コリオリ
力とはどのようなものかを理解する。
準備学習：教材プリント「円運動」問1-4の英文の内容を理解した上で解いてくること。


9. 力学の保存量(1)。仕事。力学的エネルギー。
保存量の概念について学ぶ。目に見えないエネルギーを理解するために正確な
仕事の定義を理解する。運動エネルギーとポテンシャルエネルギーについて学
び，その簡単な応用例を扱う。
準備学習：教材プリント「相対運動、慣性力」問1-4の英文の内容を理解した上で解いてくること。

10. 力学の保存量(2)。運動量と角運動量。衝突。
ベクトルの保存量である，運動量と角運動量について学び，その保存則を理解
する。運動量保存則の応用として衝突現象を扱う。
準備学習：教材プリント「仕事、エネルギー」問1-4の英文の内容を理解した上で解いてくること。

11. 万有引力。ケプラーの法則。質量の概念。
ケプラーの観測結果から，どのように万有引力が導かれたかを円運動近似で議
論する。万有引力により現象を理解する例として，地上の重力，静止衛星，脱
出速度を扱う。慣性質量と重力質量の概念を学ぶ。
準備学習：教材プリント「運動量、衝突」問1-3の英文の内容を理解した上で解いてくること。

12. 剛体の力学(1)。剛体の記述。重心。抗力、摩擦力。
剛体と質点を対比させて，回転運動の自由度と扱いを理解する。一様で簡単な
形状の物体の重心の計算法を学ぶ。剛体間の接触面で働く力を学ぶ。摩擦係数
について学ぶ。
準備学習：教材プリント「万有引力」問1-4の英文の内容を理解した上で解いてくること。


13. 剛体の力学(2)。力のモーメント。剛体のつりあい（静力学）。
力のモーメントの定義を学ぶ。そして，剛体のつりあい条件を理解し，簡単な
系のつりあい条件を分析して理解を深める。
準備学習：教材プリント「剛体の重心と慣性モーメント」問1-3の英文の内容を理解した上で解いてくること。

14. 力学のまとめ。
準備学習： 前回までの総復習を行うこと

15. 定期試験。
準備学習： 前回までの総復習を行うこと

＜成績評価方法及び水準＞

演習点(50点)＋試験(50点)で評価し60点以上を合格とする。

＜オフィスアワー＞

木曜日18:00-19:00
八王子校舎『1号館1階講師室』又は『1号館2階206室』
(1階講師室にいることが多い)

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