人間環境学部Faculty of Sustainabillity Studies
PHY200HA（物理学 / Physics 200）サイエンスカフェⅣBasic Course of Natural ScienceⅣ
渡邊 誠Makoto WATANABE
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 人間環境学部Faculty of Sustainabillity Studies |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2022 |
| 授業コードClass code | C2429 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | 自然環境科学の基礎（物理学） |
| 開講時期Term | 春学期授業/Spring |
| 曜日・時限Day/Period | 金4/Fri.4 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 市ヶ谷 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | 1～4 |
| 単位数Credit(s) | 2 |
| 備考（履修条件等）Notes | 人間環境学部生：コース共通 |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| カテゴリー（一般・総合型選抜、編入学試験入学者）Category | |
| カテゴリー（社会人RSP入試入学者）Category | |
| カテゴリー（2022年度以前）Category (～2022) |
展開科目 コース共通科目 |
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Outline (in English)
（Course outline） Theme: Physical fundamentals for energy and materials
In this course we learn fundamentals of physics. Features concerning energy and materials will be clarified with relation to environmental problems on the earth. The following themes will mainly be examined: the law of motion, the concept of energy, the units of energy and power, energy conversion, energy balance on the earth, heat and its capacity, the three states of substances, molecular dynamics for gases and liquids, thermal engine and the heat efficiency, thermal expansion of liquids and solids, the mechanism of thermal transference (conduction, convection, and radiation), phase transition among three states (melting, boiling, and sublimation), fundamentals of wave phenomena, electric circuit, magnetism and electricity, the structure of atomic nuclear and energy, the fission and radioactivity, the first and the second law of thermodynamics, etc. They are instances lectured in this course.
（Learning Objectives） At the end of this class, we are expected to have the knowledge of fundamentals of physics. The concept of energy and materials is expected for us to be acquired in this class.
（Learning activities outside of classroom） We will be expected to spend four hours to understand the course content for each class opened.
（Grading Criteria /Policy） The grade of the class is decided with Mid- and End-term reports 100%.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
テーマ：物質とエネルギーの理解から環境問題へ
本科目は文系の皆さんに物理学という分野の内容について慣れ親しんでもらうための科目である。日常のありふれた現象を眺めることにより、物理学は、(1)我々の生活に密接に関連していること、そして(2)環境問題に直結しその本質的なところを理解するためには必須の内容であること、を「直感的に」学んでいく。物理嫌いの人や高校で物理を履修してこなかった人の受講を大歓迎する。もちろん物理を学んできた人も同様である。高校で習うような（難しい？）式を扱うことはほとんどしない。環境問題を考えるには「地球」というシステムとそこで行われている人間活動「人為」の特徴を「自然法則」に照らして理解する必要がある。この授業の目的はその３つの内容を理解するための基礎的事項を学習することにある。
到達目標Goal
物質とエネルギーに関する内容について、物理学的な知識が環境問題を考察するための基礎であることが理解できるようになることを目標とする。なお授業内容に関係する分野は、運動と力・エネルギー、物質と熱現象、気体、波動、電流と回路、電界と磁界、原子と原子核などであり、高校物理の内容をほぼ網羅するものとなっている。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP2」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
第1回の授業はオンラインで開講する。第2回以降は対面形式で授業を進めていく予定である。なお、状況により対面形式の予定であってもオンライン方式に切り替えることがある。連絡事項等は学習支援システムで表示する。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[オンライン/online]：ガイダンス
授業内容の説明を行う。なぜ物理は環境問題を考察するための基礎となるのか？
第2回[対面/face to face]：物体の運動とエネルギー
（ボールの運動と力学、シミュレーション付）
運動の法則と何か？エネルギーとは何か？位置（高さ）と運動（速度）の間のエネルギー変換について。
第3回[対面/face to face]：物体の運動とエネルギー
（力学的エネルギーとその単位、シミュレーション付）
エネルギーは保存される。ジュール（J）、ワット（W）などの基本単位の超入門。人間はエネルギー的に約100Wの電球と同じ、など。
第4回[対面/face to face]：熱とエネルギーを理解しよう
（エネルギーの種類と変換、地球に降り注ぐ太陽エネルギーの大きさを測る）
異なった形態のエネルギーと変換について。温度とは？比熱とは？calとJについて。太陽定数の大きさと地球－宇宙の間のエネルギー収支を知ろう。
第5回[対面/face to face]：熱とエネルギーを理解しよう
（気体の性質、エンジンなどの熱機関の原理を理解する）
気体の圧力、体積、温度などの関係（ボイル・シャルルの法則）を理解する。気象現象の考察。熱機関（熱から仕事への変換）と熱効率について。
第6回[対面/face to face]：熱とエネルギーを理解しよう
（熱の伝わり方を見る、金属棒を伝わる熱＋空気の流れにより伝わる熱＋電気ストーブによる加熱）
伝熱の３形態「熱伝導」「対流」「熱放射」を理解する。地球システムと熱との関係は？人間活動と熱との関係は？
第7回[対面/face to face]：物質の三態と状態変化を調べよう
（氷の融解・水の蒸発と潜熱、地球上に存在する水の役割について）
物質の三態（液体、固体、気体）の存在を理解する。状態変化に伴って出入りする潜熱の測定。地球上における水の大循環の役割は？生命体維持における水の役割は？
第8回[対面/face to face]：物質の三態と状態変化を調べよう
（水の密度と膨張率＋氷の密度と浮力、氷の融解現象について）
水の温度と体積との関係を理解する。水に浮かんだ氷の融解に伴う水位の変化を調べる。海水温の上昇は海水面上昇に関係しているのか？氷山の融解は海水面上昇の原因なのか？
第9回[対面/face to face]：波の性質を知ろう
（横波と縦波を観察する、自然の中に現れる様々な波を調べる）
横波と縦波、周期と振動数（周波数）、波長と振幅、波の重ね合わせなどの基礎事項を理解する。音や光の性質などの考察。地震波や海波などの理解。
第10回[対面/face to face]：電気回路の性質を調べてみよう
（電流、電圧、抵抗の超入門、抵抗線を流れる電流による熱発生（ジュール熱）について）
乾電池、導線、抵抗などによる回路作りとオームの法則、キルヒホッフの法則などの理解。抵抗率とは？電力系統網における送電ロスは熱に転化する。
第11回[対面/face to face]：磁石を使って電気を作ろう＆電池を使って磁石をつろう
（電界と磁界について、モーターと発電機の原理を知る）
モーターのしくみを理解する。電磁誘導と発電の原理を理解する。電磁波とは何か？可視光線、赤外線、紫外線、電波、X線などは電磁波の仲間。
第12回[対面/face to face]：原子・分子を理解しよう
（原子の構造とエネルギー、核分裂と原子力発電のしくみについての超入門）
原子核と電子、中性子と陽子、放射線と放射能、Bq（ベクレル）とSv（シーベルト）などについての解説。原子力発電とウラン、セシウム、プルトニウムなどについて。
第13回[対面/face to face]：物質・エネルギーの保存則と拡散則を知ろう
（水と湯の間の熱移動＋水中に落とされたインク拡散などの現象からエントロピーの概念へ）
熱は高温側から低温側へ、インクは部分から全体へ拡散する。物質とエネルギーの「量の保存」と「質の劣化」の直感的理解。
第14回[対面/face to face]：物質とエネルギーの保存則と拡散則を知ろう
（LED電球と白熱電球の熱発生について）
なぜLED電球は白熱電球に比べて省エネなのか？エネルギー変換にはロス（損失）が伴う。エネルギーの最後の行き場は「熱」。人間活動のエントロピー的解釈超入門。総括として、物理学と環境問題および持続可能という概念との関係性について考える。
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
毎回の講義で紹介される資料等を使用して必ず予習・復習をすること。
毎回、授業時に作成したノートを復習してください。本授業の準備学習・復習時間は、各2時間を標準とします。
テキスト（教科書）Textbooks
テキストは使用しません。必要に応じてプリントなどを配布します。
参考書References
開講時に紹介します。
成績評価の方法と基準Grading criteria
この科目の最終授業時に学習支援システムを通じてレポート課題を出題しますので必ず提出してください。それ以前の授業時にもレポート課題を出題することがありますので、これも加味します。成績はこれらの提出状況（充実度）によって判定します。レポートでの評価100%となります。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
授業をゆっくりと進めていきます。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
様々な現象についての教材や実験のデモンストレーションをできるだけ多く映しながら進めていきます。
その他の重要事項Others
くれぐれも「自分は理系でないからこの科目を履修しない」という考え方をもたないでください。この科目には環境問題を学ぶ上で必要な内容がたくさんあります。文系の皆さんにこそ履修してほしいと考えています。
この科目は「環境モデル論I」「環境モデル論II」に関する基礎としても位置づけられています。環境問題の学習をより発展させていくためにもそれらを履修することをお薦めします。