理工・生命科学部教養科目KLAC Course
BSP100LC(初年次教育、学部導入教育及びリテラシー教育 / Basic study practice 100)物理学基礎IIBasic Physics II
小鍋 哲Satoru KONABE
授業コードなどClass code etc
学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工・生命科学部教養科目KLAC Course |
添付ファイル名Attached documents | |
年度Year | 2023 |
授業コードClass code | H3322 |
旧授業コードPrevious Class code | |
旧科目名Previous Class title | |
開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
曜日・時限Day/Period | 月5/Mon.5 |
科目種別Class Type | |
キャンパスCampus | 小金井 |
教室名称Classroom name | 小西館‐遠隔視聴覚室 |
配当年次Grade | 1年 |
単位数Credit(s) | |
備考(履修条件等)Notes | |
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<理工・生命科学部教養科目>Category | 理系教養科目(理科系) |
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Outline (in English)
This course focuses on the topics in classical mechanics, to deepen your understanding on the motion of rigid body as well as point mass. The analysis in non-inertial system is also discussed.
This course is the step-up course of "Physics basics I".
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
この科目では物理学全般の基礎となる力学(いわゆる「古典力学」)の基礎に関する理解をさらに深めることを目的として、「物理学基礎 I 」で対象とした「質点の並進運動」を拡張して、「質点の回転運動」「剛体の運動」「非慣性系での運動」について学ぶ。
(「物理学基礎I」のシラバスも参照してください)
到達目標Goal
物理学基礎Iに続いて物理学の基礎のステップアップをはかるため、以下に関する物理的な意味を理解し、その数学的取り扱い方を学生諸君が修得することを目指す。
1)回転に関わる物理量を理解し、質点の回転運動に関する運動方程式から導かれる内容を説明できること
2)遠心力と向心力を明確に区別できること
3)2体問題での取り扱い方を説明できること
4)剛体のつりあい条件を説明できること
5)剛体の回転運動について考え方を説明できること
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、以下に関連している。理工学部:「DP2」と「DP4」。
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. )
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2023年度は新型コロナウイルス感染防止との兼ね合いによっては、オンライン授業となるかもしれません。具体的な授業のやり方などは、9月中旬ごろから適宜「学習支援システム」経由でおしらせします。
対面式での授業実施が可能な場合:
出席確認は教室に設置の「出席管理システム」により行い、毎回の授業中に行うQuizなどは学内ネットワーク経由でGoogleClassroomにより実施、となります。
オンライン式での授業実施が必要な場合:
GoogleClassroomを用いて、出席確認、講義資料(動画)の視聴、小テストなどの実施、また、Zoomを用いてリアルタイムな質疑応答や追加説明を行うことになります。
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(シラバス 2023_02_17:以下は対面式授業の場合です。オンライン授業でも大筋同様に行います)
授業は指定した教科書の内容にしたがって行います。
教科書を予習して授業に臨んでもらうことが必要です。
ただし、予習の時点で全てを理解しようとせず、「どこの部分がわからないか/どこが理解しにくいか」だけをはっきりさせておいてください。
そうすれば、100分授業の一部に集中するだけで済むはずですから、授業時間内の緩急を自分で決めやすくなると思います。
そして、授業の後に、自分の理解が深まったことを確認するための復習を行なって、「あれ?ここはなぜこのように考えるの?」という部分があれば次の講義までにメールなどで質問してください。
授業では、予習の段階で理解しにくそうなところ、また、予習の段階で重要さを見落としそうなところを中心として説明する予定なので、スクリーンに投影する説明が中心となりますが、みなさんの表情を見ながら補足説明を板書する場合もあります。
前の学期に実施した「物理学基礎 I 」の内容を基礎として、その拡張版としての内容を学ぶことになるため、既習の内容の復習から始めますが、新たに追加説明される考え方、そして将来にわたって通用する考え方へと拡張されるので、気がつかないうちに高度な内容へ移っていることになります。
そのような展開についてきてもらうとき、「納得して理解すること」に注意を払ってください。ゲームの攻略本のように「丸覚え」したり、単に繰り返しを通じて「反射的に作業する」では応用が効きません。知識の積み重ねる努力が実力に直結することにも注意してください。
毎回、みなさんの理解を確認するためのQuizを複数GoogleClassroom経由で実施します。
そのQuizでは自動採点できるように「ラジオボタンを用いた回答形式」を主に用い、回答送信後に補足説明が自動送付されるように設定する予定です。
場合によっては、授業時間内に説明できない内容、式変形に終始するために従業時間外にじっくり自分で考えてもらう必要がある内容、などを自習用動画などの形式で配布します。
学期を前半と後半に分け、前半のまとめに相当する「中間試験」、後半のまとめに相当する「期末試験」を実施します。
これらの実施方法については、授業時間に説明します。
以上の詳細は初回に説明します。
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.)
あり / Yes
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。
1[対面/face to face]:力のモーメントと角運動量
物体を回転させる力の働きを「力のモーメント」として表現するための「外積」を学ぶ。
さらに物体の回転運動の大きさを表現する「角運動量」について検討する。
(テキスト 6.1 & 6.2)
2[対面/face to face]:質点の回転運動(1:回転の運動方程式と中心力)
回転運動を表す運動方程式について学ぶ。
特殊な場面として中心力が作用するときについて検討する。
(テキスト 6.3 & 6.4)
3[対面/face to face]:質点の回転運動(2:万有引力とそのポテンシャル)
万有引力の取り扱いを拡張する。球殻定理の背景を理解し、使い方を学ぶ。
(テキスト 7.1)
4[対面/face to face]:質点の回転運動(3:万有引力と惑星の運動)
惑星の運動に関する「ケプラーの法則」を万有引力から検討する。
(テキスト 7.2)
5[対面/face to face]:慣性力と遠心力
「向心力」と「遠心力」を正しく理解するために、どの座標系から眺めているかを意識しながら検討する
(テキスト 8.1 & 8.2)
6[対面/face to face]:回転座標系での運動方程式
二次元座標系において、同じ運動を静止座標系と回転座標系から眺めたときにどのように異なるかを検討。
コリオリの力についても触れる。
(テキスト 8.3 & 8.4)
7[対面/face to face]:まとめ(中間)
第1回から第6回までの内容の理解度合いを確認するために、中間試験を実施。
8[対面/face to face]:質点系の力学(1:2体問題と換算質量)
2物体からなる「系」の運動をどのように取り扱うかについて検討する。
(テキスト 9.1 & 9.2)
9[対面/face to face]:質点系の力学(2:2物体の衝突)
二つの物体が衝突する際の取り扱いについて検討する。
(テキスト 9.3)
10[対面/face to face]:質点系の力学(3:質量が変化する場合の運動)
燃料を燃焼ガスとして噴射しながら運動するロケットなど、質量が変化する物体の運動について、その取り扱いについて検討する。
(テキスト9.5)
11[対面/face to face]:剛体の運動(1:剛体のつりあい条件)
大きさが無視できず、変形しない物体(剛体)が静止する条件について検討する。
(テキスト 10.1)
12[対面/face to face]:剛体の運動(2:固定軸周りの剛体の運動)
固定軸を回転中心とした剛体の回転運動について、その取り扱いを検討する。
(テキスト 10.2)
13[対面/face to face]:剛体の運動(3:剛体の平面内での運動)
平板状の円板や筒状の円筒が転がる場合、並進運動と回転運動の両方を考慮する必要がある。その取り扱いについて検討する。
(テキスト 10.3)
14[対面/face to face]:剛体の運動(4:撃力による剛体の運動)
剛体が撃力を受ける場合の運動について検討する。
(テキスト 10.4)
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.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】授業計画に沿って授業を実施するので、各回に対応する部分のテキストを予習して授業に臨むこと。
あらかじめ「どこがわかりにくいか」「どこが納得できないか」をはっきりさせておくと、授業が理解しやすくなる。
復習においては、テキスト、板書を丸覚えするのではなく、「自分が理解できる言葉を使って表現すること」「略図やグラフを描いて、視覚的に理解を促す」に徹すること。
微分・積分について、高校での理解が不十分な人は,教科書レベルでよいので、復習しておくこと.
テキスト(教科書)Textbooks
理工系のための解く! シリーズ 「力学」 第2版第10刷
著者:平山修、篠原俊二郎、 出版社:講談社
*古い版等では、誤りや内容の変更に対応していませんので、上記の「第2版第10刷」を入手してください。
*「物理学基礎 I (担当:池田)」ではこの教科書の前半を使用し、「物理学基礎 II (担当:池田)」ではこの教科書の後半を使用します。
参考書References
必要に応じて講義中に紹介する。
成績評価の方法と基準Grading criteria
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2023年度の講義が「対面式講義」「オンライン式講義」いずれかによって評価手法を変えざるを得ません。
具体的な方法と基準は、授業開始日までに学習支援システムで提示します。
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(シラバス 2023_02_17:対面式講義の場合)
定期試験60%(中間試験30%、最終試験30%)、授業中に実施するQuiz(40%)をもとに総合的に評価します。
ただし、「出席していることが大前提」なので、出席点自体は評価に加えませんが、試験回以外の講義回について出席扱いの回数が6割を下回った場合は総合評価の対象には含めず「不可」の評価とします。
総合評価は、到達目標に対して、最低限のレベルに到達している場合を6割以上、若干の理解不足が見られるがほぼ到達目標に到達している場合を7割以上、ほぼ必要な知識を身につけていると考えられる場合を8割以上、知識を自由に運用できるとみなすことができる場合を9割以上の評価とします。
なお、感染症に罹患した、もしくは濃厚接触者となった、などの場合は、できれば事前に(事後なら回復後速やかに)大学が開設しているオンライン窓口経由で申し出てください。それにより、大学から池田宛に連絡が届きますので特例扱いします。(池田宛に個別に直接申し出ることでは、特例扱いできません)
上記についても、講義初回に説明します。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
毎回行うQuizは「正解」「不正解」だけでは力を伸ばすことに繋がりません。
「不正解」なら「何を誤解していたのか」「何が理解不足だったのか」を学生本人が理解することが一番の勉強です。
そのために、自動送付される補足説明をよく読んで、復習してください。
中間試験、最終試験の結果によれば、「だらだら計算式を並べている」「文字がはっきり書かれていないために採点できない」という答案の場合、内容を理解することをせずに「教科書や補助資料の丸写し」で済ませていることがほとんどです。
「自分にとって慣れていない、異なる考え方を理解する」が学生諸君の思考の柔軟性を養う、ということをよく理解してください。
これらを実現するためには、場合によっては「タイム・パフォーマンス」「コスト・パフォーマンス」より「失敗することを通じて理解を深める」という「ある種の遠回り、無駄と感じられるものを経験すること」が有効であることも知って欲しいものです。
その点では、自習用動画を倍速等でざっと眺める、ということでは、「重要だからこそ強調した部分、理解を促すためにゆっくり説明した部分」を感じ取ることができないことも理解してください。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
特になし
その他の重要事項Others
対面式講義の場合、講義中にスマートフォンなどを使って写真を撮ることは勧めません。
講義中に「ここは重要」と発言すると、スマートフォンで説明しているスクリーンや板書を写真を撮る諸君がいます。
「自分の手を使って書く」という作業を行うと、理解しやすかったり、記憶に残りやすかったりするのですが、お手軽に写真を撮るだけで済ませている諸君は手元にデータがあるだけで安心するだけで止まるのか、理解すること自体を行っていない雰囲気があります。