授業科目

物理学A
Physics A

担当者

教授   田村 忠久
後 金1/金2

単位

2

到達目標

本講義は工学部のカリキュラムポリシーに従って編成されており、以下のような力学に関する理解を通して、基礎的な物理学の素養を身につけるための科目です。
1. 物体の運動(力学)は、運動の法則(第1~第3)だけで説明できることを理解する。
2. 運動の第2法則である運動方程式を立てられるようになる。
3. 運動方程式を解いて、物体の位置と速度を求め、物体の運動を把握できるようになる。
4. 運動量やエネルギーについて成り立つ法則を運動方程式から導き、それらを使えるようになる。
5. 物体の回転について説明できるようにする(例えば、回っている独楽はなぜ重力によって倒れないのかを説明できる)。
6. 目の前で起こる物体の運動を扱うのに、微積分やベクトルが必要であることを体感し、それらを使いこなせるようになる。

授業内容

 この講義で扱う力学は、ニュートン力学(または古典力学)と呼ばれています。物体に力が加わるとどうなるか?日常体験しているこういった自然現象を、数少ない基本法則から出発して、説明(記述)するのが物理学です。いろいろな現象の説明を基本法則から導くとき、物理学では数学または数式という「ことば」を使います。ここでは数学は「ことば」なので、厳密に使うというよりも、慣れるという気持ちが大切です。いろいろな説明の途中によく出てくる式が公式となって、重宝されることがあります。でも、公式を覚えるのに抵抗がある人もいるでしょう。物理学を学ぶにつれてその「ことば」に慣れてくると、覚えるべき公式が減ってきます。なぜか?それは、公式のほとんどは、「ことば」とその使い方に慣れてくると、基本法則からかなり簡単に導けるからです。講義では基礎的な例題について解説します。それらを自分でも解きながら、物理学の「ことば」と説明の仕方(考え方)に慣れてください。第一に習得すべきことは公式ではないのです。

授業計画

1. シラバスの説明、運動の例(振り子、円運動など)
2. ベクトルの基礎、三次元の速度・加速度
3. 運動の法則、運動方程式の立て方 (つり合いなど)
4. 運動方程式(重力、摩擦など)
5. 振動(フックの法則、単振動、強制振動)
6. 運動量
7. 仕事とエネルギー
8. ベクトル積
9. 中間試験①、質点の角運動量と回転運動の方程式
10.力のモーメント
11.中心力場、剛体、重心
12.剛体の並進運動(重心の運動)、回転運動
13.固定軸まわりの回転
14.慣性モーメント、剛体の平面運動

授業運営

・まず、それぞれのテーマごとに基礎事項の解説を、そのときに必要なベクトルや微積分を導入しながら進めます。続いて例題を示し、その解き方を説明します。板書を中心に講義を進め、参考書には出ていない内容も扱うことがありますので、必ず講義内容をノートに筆記してください。
・講義中に簡単な演習問題を課しますので、参考書やノートを参考にして解いてください。演習の提出および学生証によるカードリーダーへの登録をもって演習点を与えます。遅刻した場合もカードリーダーへの登録は行ってください。演習用紙は毎回講義のはじめに配ります。
・予習は参考書などで行ってください。復習はノートの例題と授業中の演習問題を自力で解いてみてください。予習と復習を合わせて1回の授業につき4時間程度の学習をしてください。解答例を見て納得しても、その段階ではまだまだ身に付いていません。解答例を見なくても解けるようになったら、やっと理解できたということです。
・その理解が本物かどうかは、演習書の問題を解いて確認してください。これも解答例を見なくても解けるようになったとき、本当に理解できたということです。
・講義は概ね授業計画に従って行いますが、中間テストを何回目の講義日に行うかは授業中に連絡します(試験勉強をする期間を考慮します)。

評価方法

 授業中に演習(毎回)を行います。遅刻した場合や、出席しても演習の提出がない場合は、演習点は付きません。その他に、中間テスト(1回)と期末テスト(1回)を実施します(中間、期末テストは持込み不可)。成績評価の内訳は、演習点が20%、中間テストが30%、期末テストが50%の割合です。

オフィスアワー

 原則として授業日の午後に研究室(6-302)で対応します。但し、できるだけ授業終了後に予約をしてください。

使用書

演習書については授業で案内します。

参考書

阿部龍蔵、川村清、佐々田博之『物理学』新訂第二[サイエンス社(新物理学ライブラリ)]2004年
砂川重信『力学の考え方』第8版[岩波書店(物理の考え方1)]1998年

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