○物理学Ｉ（Physics I）[2102]

＜授業のねらい及び具体的な達成目標＞

物理学Iでは，力学とよばれる分野を中心に学習する．力学とは運動の法則を体系化したもので，様々な理系分野の最も基礎となる分野であり，特に，機械系学科では，専門科目の基礎をなす4力(機械力学，材料力学，流体力学，熱力学)を学習するための土台となるので，非常に重要である．

この講義では，力学を題材として，以下のようなものごとのとらえ方や考え方の習得を目的として授業を行う．

1) 力学の学習を通して，物理的・科学的なものの考え方を身につける．
2) 物理量，物理的次元，単位といった概念を理解する．
3) 力学の基本法則の意味について理解する．また，力学で使われる用語の意味についても正しく理解する．
4) エネルギーの概念とその保存則について学ぶ．エネルギー以外の保存則についても学習する．
5) 微分や積分といった数学的手法を，道具として使いこなせるようにする．

(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キーワード)
「機械システム基礎工学プログラム」:質点の力学、剛体の力学、自由振動

＜授業計画及び準備学習＞

1 授業をはじめるにあたって
a) 授業の進め方 b)物理学とは何か c)数学と物理
[準備学習]高校の数学の復習をしておくこと。2回目以降の準備学習については1回目の授業時に指示する。
2 単位と次元
a) 物理量 b) 単位系と単位 c)単位と次元
3 力のつりあい I (1次元)
a) 力の3要素 b) 慣性の法則と作用反作用の法則 c)重力と弾性力
4 力のつりあい II (2次元以上)
a) ベクトル b) 力の合成と分解 c) 重力と重心
5 運動の表記
a) 位置 b) 速度と微分 c)加速度
6 運動の3法則
a)慣性の法則 b)運動方程式 c)作用反作用の法則
7 運動方程式の一般的性質と力の再定義
a) 落体の法則と重力 b) 惑星運動と万有引力 c)運動方程式を解くということ(質点の力学)
8 運動の例 1 (抵抗力)
a)摩擦力について b)空気抵抗のもとでの落下運動
9 運動の例 2 (自由振動)
a) ばねによる力 b) 運動方程式を解く c)単振動の性質
10 運動の例 3 (複雑な振動)
a) 減衰振動 b)強制振動
11 仕事とエネルギー
a) 仕事とは b) 仕事とエネルギーの関係
12 ポテンシャルとエネルギー保存則
a) 保存力とは b)エネルギー保存則とポテンシャル
13 エネルギーの観点から運動を見直す
a) 重力 b) 単振動 c)衝突問題
14 総復習と問題演習，剛体の力学
15 学習内容の確認

＜成績評価方法及び水準＞

最終評価は，(A)定期試験の点数，(B)定期試験70%，授業中の課題および小テスト30%の両方を100点満点で評価し，得点の高いものを最終評点とする。60点をもって合格点とする。

＜教科書＞

この授業は主に以下の教科書の内容に基づいて授業を行う。これらのうちからどれか1冊を選んで購入し，適宜参照すること。
(A) 前野昌弘著 『よくわかる初等力学』東京図書
(B) 江沢洋著『力学 高校生・大学生のために』日本評論社
(C) 加藤潔著『理工系 物理学講義』培風館

＜参考書＞

教科書選びの参考として，いくつかの本をリストしておく．
『一般物理学 上・下』太田信義 (パリティ物理学コース) 上記の本と同じく，物理の基礎的な分野について簡潔にまとめられています．
『新・物理学入門』山本義隆 (駿台文庫) 大学入試の参考書ですが，物理学Iでやる内容については充分な内容があります．
『物理入門コース 力学』戸田 盛和 (岩波書店) きわめて標準的な力学の教科書，
『力学の考え方』砂川重信 (岩波書店) これも標準的な力学の内容をあつかっている教科書
以下は講義内容とは直接関係ありませんが，おすすめの本をいくつか挙げておく．
『数学ガール』結城浩 (ソフトバンククリエイティブ) 数学の楽しさが詰まった本．数学アレルギーの人におすすめ．
『高校で教わりたかった物理』田口善弘 (日本評論社) 物理っぽいものの見方について書かれた本．
『サはサイエンスのサ』鹿野司 (早川書房) 科学の色々な話題が面白く紹介されています．
『科学と神秘のあいだ』菊池誠 (筑摩書房) 科学的考え方に関するエッセイ．

＜オフィスアワー＞

火曜日 15:00-16:30
水曜日 13:00-14:30
八王子キャンパス1-323

＜学生へのメッセージ＞

高校物理の知識は前提としません，高校数学の知識は必須です．高校で学習した数学(特に関数，微分積分等)に自信がない場合は，しっかり復習しておいてください．
授業中の講義内容に関する質問は大いに歓迎します．
オフィスアワーを設けているので，授業に関する質問等に利用してください．
オフィスアワー以外でも，質問がある場合には，電子メールを利用して質問してください．月木金は基本的に新宿キャンパスにいます．通学路等の関係で，新宿のほうが質問するのに都合がよい場合も，あらかじめ電子メール等で連絡した上で，質問等に訪れてください．
受講者の層が広いため，退屈に感じたり難しく感じたりする人が出てくるかと思いますが，そういう場合は特にオフィスアワーや電子メールを利用してコンタクトをとることをおすすめします．
力学に限らず，理系の学問では，自分で手を動かして問題を解いたり，教科書に載っている式を自分で変形して，公式を導出したりすることが，内容の理解を助ける重要な要素になります．講義時間は限られているため，講義のみでは，これら基礎訓練のための時間が十分にとれません．これらを補うために，上に挙げた参考書等にのっている問題を自分で考えて解く等，自習することが大切です．
授業時間だけで，全てを理解することは不可能であると思っておいてください．

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