○物理学Ｉ（Physics I）[3503]

＜授業のねらい＞

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，ニュートンの運動法則，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。
このクラスは再履修クラスなので，演習問題の解説などを通して理解の不十分であったところを勉強しなおし，専門科目を学習するに十分な理解度を達成することをめざす。

＜受講にあたっての前提条件＞

物理学Iの授業を最低一度は受講していること。

＜具体的な到達目標＞

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」

（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＞

1. 講義概要説明と次元の説明：
   数学的，物理学的次元を説明し，SI単位系と次元解析について学ぶ。
   

   準備学習: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

2. 物理学の中の微積分：
   座標，速度，加速度を基に，数学で学んだ微積分の知識を物理学的にとらえる。
   

   準備学習: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

3. ニュートン力学の概要：
   力の概念を説明し，ニュートン力学の基本法則を解説していく。
   

   準備学習: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

4. 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，放物運動などを例に取りながら質点の運動の定式化を学ぶ。
   

   準備学習: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

5. 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: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

6. 慣性系と非慣性系：
   回転運動を例に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: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

7. 中間試験
   

   準備学習: これまで学んだ内容を復習しておく

8. 仕事：
   工科系科目の基本概念である仕事の概念を解説する。
   

   準備学習: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

9. 力学的エネルギー：
   仕事と力学的エネルギーの関係を解説し，力学的エネルギー保存を示す。
   

   準備学習: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

10. 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: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

11. 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: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

12. 重心の計算：
    積分を使った，重心の計算を解説する．
    

    準備学習: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

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: 教科書の該当個所と過去に受けた講義のノートを読み返し，関連する問題を解いておく。

14. 力学の総復習
    

    準備学習: 力学の総復習を行っておく。

15. 定期試験
    

＜成績評価方法及び水準＞

中間試験35点，定期試験35点と講義中に行う小テスト30点で合計１００点満点で評価する。６０点以上で合格とする。

＜教科書＞

新たな指定はしないので，以前に履修したクラスで使用したテキストを持参すること。

＜参考書＞

• 「理工系　物理学講義（改訂版）」加藤潔著（培風館）
  本学の加藤潔教授によって書かれた理工系学生向けの標準的な物理学入門書である。基本から応用まで広く記載されているので，この１冊の内容を理解できていれば，それで十分であるといえる。本講義は，教科書を指定はしていないが，基本的にこの本と次の演習本の内容（レベル）を前提に進めていく。
  
• 「物理学演習テキスト」 (学術図書出版)
  「理解はしているのだが，問題が解けない」とか「試験だけだめなんだ」といった学生もいるかと思う。一概には言えないが，基礎的な内容を把握していながらそれを発揮できないのは，練習不足な場合に多々見られる。そういった意味では，演習のテキストによる訓練は有用であると考える。もちろん，ほかの演習テキストでもよい。大切なことは，それを半期通して続けることである。
  
• 「裳華房フィジックスライブラリー・シリーズ」（裳華房）
  初学者には難しい内容も含まれているが，このシリーズには一度物理学を学んできた学生には非常に有用な書籍が多い。特に物理数学IおよびIIは，電気系学科が学ぶべき数学の内容を詳しく解説している点から，一度目を通すことを勧める。また，座標系の解説には「解析力学」などがよいであろう。この本については，特にデバイス関連に進もうと思っている学生にとっての必修分野である量子力学を学ぶ際にも役に立つはずである。
  
• 「なっとくシリーズ」（講談社）
  ここであげた「なっとくシリーズ」などを使って，まず「物理学」や「数学」に慣れることも大切である。
  

＜オフィスアワー＞

火曜日 12:40-13:30
八王子校舎 総合教育棟 1S-323(もしくは1W-332)

メールによる質問は随時受けつけています。
また，オフィスアワー以外の時間帯で質問・相談などがある場合はあらかじめメールでアポイントメントをとってもらうと，確実性が増すと思います。

＜学生へのメッセージ＞

再履修クラスを受講する資格があるかを履修の手引き等で確認し，必ず初回の講義に参加して，物理学教室所定の履修整理票を提出すること。