○物理学Ｉ（Physics I）[2103]

＜授業のねらい及び具体的な達成目標＞

あらゆる自然科学の基礎をなす古典力学を通して、自然現象をどのように捉え、表現するかを学ぶ。複雑に見える現象も、現象に本質的な少数の変数を見つけると、旨く説明できることに気が付く。基本的な変数の意味を理解することが大切である。受験で培われた、公式を暗記し数値を代入するという物理学像を払拭したい。

＜達成目標＞
１）力学における変数の意味、単位、次元を理解する。
２）ニュートンの運動方程式によって、初期条件が与えられると、それ以降の運動が一意的に決定
　　するという、古典力学の仕組みを理解する。
３）力学の理解には、保存法則が大きな役割を果たしていることを理解し、保存則の起源についても
　　考察する。
４）力学の理解を通じて、微分や積分が抽象的な概念ではなく、背後に物理的なイメージがあることを
　　理解する。

（JABEE学習・教育目標）
　　 「機械システム基礎工学プログラム」：（C-1) 基礎科学−物理系　◎
（JABEE基本キーワード）
　　　「質点の力学」、「剛体の力学」、「自由振動」

＜授業計画及び準備学習＞

概略次の予定で実施する。授業時には適宜、演示実験ビデオを放映する。
＜準備学習＞
各回ともに、教科書の該当部分を予め読んでおくこと。
また、適宜、復習をかねた課題の提出を求める。


第１週　：物理学が対象とする自然界のスケール。長さ、時間、質量の次元とSI単位系。
　（自然の広がりの大きさを実感し、物理量と次元の関係を学ぶ）
第２週　： 運動を記述するための時計と物差しの準備
　（運動の記述にふわわしい慣性系という座標系について学ぶ。また、物体の位置座標から、その
　　速度、加速度が微分によって求まることを学ぶ）　　
第３週　： ニュートンの３法則
　（慣性系を用いると、物体が時々刻々運動する様が如何に記述できるかを学ぶ）　
第４週 ：　種々の運動（１）　　等加速度運動
　（物体の落下、エレベータの昇降運動、等速円運動を通して等加速度運動を理解する）
第５週 ：　種々の運動（２）　　振動現象（単振動）
　（伸びに比例する力が働くバネに結ばれた物体の運動を調べる。三角関数を復習しておく）
第６週 ：　種々の運動（３）　　抵抗力がある場合の運動
　（抵抗力がある場合の落下運動、振動現象（減衰振動）について調べる）　
第７週　： 仕事と運動エネルギー
　（仕事の定義を学び、力が働いて物体に仕事をすると運動エネルギーが変化することを学ぶ。
　　ベクトルの内積の演算にも慣れる）
第８週　：保存力、位置エネルギー、エネルギー保存則。
　（運動の様子は変化しても常に一定に保たれる保存量である、力学的エネルギーについて学ぶ）
第９週　：　角運動量とその保存則
　（回転運動の際に大切な角運動量とは何か、種々の事例を通して理解する）
第１０週　：万有引力下の運動、ケプラーの法則
　（太陽のまわりの惑星の運動は、平面運動となり簡潔に記述されることを学ぶ）
第１１週　：　力学の応用問題：脱出速度、宇宙の膨張
　（これまで学んだことを動員して、膨張する宇宙の将来を考える）
第１２週　：衝突問題、弾性衝突、非弾性衝突。
　（物体の衝突問題を通して、運動量の保存則、はねかえり係数などを理解する）
第１３週　：剛体とは、固定軸まわりの回転運動、慣性モーメント
　（大きさがあって変形しない物体の運動を考える。慣性モーメントが質点の質量と
　　同じように大切な役割を果たすことを理解する）
第１４週　：斜面を転がる円柱の運動。
　（中が、固体、液体、中空のジュース缶が斜面を転がる様子を解析し、これまで学んだ力学法則の
　　素晴らしさを体感する）
第１５週　：学習成果の確認（試験）
　（前回までの総復習を行っておくこと）

＜成績評価方法及び水準＞

１）時間がある範囲で、授業の最後にその日の内容を題材に簡単な演習を実施する。（解答を提出）
２）適宜、演習問題を出し、宿題として解答レポートの提出を求める。
３）前ニ者の解答について計20点満点で評価し、A点とする。
４）定期試験は、80点満点で評価し、F点とする。
５）最終評価点Xは、X=F＋A　とし、Xが60点以上を合格とする。

＜教科書＞

第３版基礎物理学　　原　康夫著　（学術図書出版社：2006年10月）

＜参考書＞

適宜プリントを配布する
また、インターネットを通して適切な教材を入手する方法も学ぶ

＜オフィスアワー＞

火曜日3,4時限(八王子校舎) 1号館206室
不在の時は，電子メールで連絡のこと。
(nakazawa@cc.kogakuin.ac.jp)

＜学生へのメッセージ＞

1. 微分，積分は自然を料理する際の包丁である。なまくら包丁では思うように料理はできない。
　　十分自習すること。
2. 継続的な学習が重要なので必ず出席し、授業時の終わりの演習に参加すること。
3. 自分で問題を解くことは，理解を深める上で極めて重要である。選択科目の物理学演習Iを併せ
　　履修することを強く勧める。
4. 高等学校での物理学履修は前提としないが，ギャップを感じる者は人一倍の努力をすること。
5. 授業に関連した質問があれば遠慮なく申し出ること。メールで予め約束し、時間をとることも可能。
　　また、学習支援センターも積極的に利用し、消化不良のまま放置しないこと。

このページの著作権は学校法人工学院大学が有しています。 Copyright(c)2011 Kogakuin University. All Rights Reserved.