2021年 理工学部 シラバス - 精密機械工学科
設置情報
| 科目名 | 物理学Ⅱ | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 精密機械工学科 | 学年 | 1年 |
| 担当者 | 中原 明生 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 火曜1 |
| 校舎 | 船橋 | 時間割CD | G21C |
| クラス | 1 | ||
概要
| 学修到達目標 | 本講義では、物理学 I で習った「ニュートン力学」を基礎として、「熱力学」および「電磁気学」に焦点を当てて学習し、「熱と温度・不可逆性・エントロピー」や「ガウスの法則・アンペールの法則・電磁誘導」など、「熱力学」と「電磁気学」における重要な概念や法則を理解し、それらがどう工学的に応用されているかを学ぶことを目標とする。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
この授業は「ハイブリッド型授業」として実施する。対面授業を行うとともに，その授業の内容をCSTポータルIIから説明動画としても配信する。説明の後に毎回出されるレポート課題を解いて課題レポートとして提出し、提出後に公開される模範解答と照らし合わせることで、自分がどこをわかっていなかったのか確認しながら授業内容の理解を深める。あわせて開講される物理学 II 演習では、自ら演習問題を解くことで、知識の定着を図る。「熱力学」と「電磁気学」の講義を行う際に、必要に応じて随時、全微分と偏微分・完全微分と不完全微分・ベクトル解析などの数学の説明をおこなう。 |
| 履修条件 | 基礎教育科目。必修科目。 物理学 I の知識を前提とするが、物理学 I の単位取得を必ずしも必要としない。物理学 II 演習を並行して受講することが望ましい。 |
授業計画
| 第1回 | ガイダンス：この授業で「熱力学」と「電磁気学」から何をどう学ぶのか説明する。 第１４章：熱（1/2） 熱力学の第０法則：熱平衡の推移率。 熱と温度、経験温度、物質の状態（相と相転移）、熱と分子運動と内部エネルギー、熱容量と比熱、熱の移動。 課題レポートの提出。 【事前学習】シラバスの内容を確認の上，授業に臨むこと。教科書・第１４章を読み、熱と温度について予習をしておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
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| 第2回 | 第１４章：熱（2/2） 気体の分子運動論、理想気体とその内部エネルギー、エネルギー等分配則、ファン・デル・ワールス気体。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１４章を読み、気体分子運動論について予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第3回 | 第１５章：熱力学（1/5） 熱力学のための数学的準備：全微分と偏微分、完全微分と不完全微分。 熱力学の第１法則：エネルギー保存則。 熱平衡状態と状態量、示強変数と示量変数、準静的過程、定圧過程と定積過程、等温過程と断熱過程、理想気体の熱容量。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１５章を読み、熱力学の第１法則について予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第4回 | 第１５章：熱力学（2/5） 熱力学の第２法則：熱力学現象の不可逆性。 熱力学の第３法則：ネルンストの定理。 カルノーサイクルとその熱効率。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１５章を読み、熱力学の第２法則、熱力学の第３法則とカルノーサイクルについて予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第5回 | 第１５章：熱力学（3/5） 熱機関の効率とカルノーの定理、熱力学的絶対温度の決定、エントロピー、熱力学の第２法則の表現（クラウジウスの不等式）。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１５章を読み、熱機関の効率とカルノーの定理、熱力学的絶対温度、エントロピー、クラウジウスの不等式について予習しておくこと（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第6回 | 第１５章：熱力学（4/5） 熱力学ポテンシャル（内部エネルギー、エンタルピー、ヘルムホルツの自由エネルギー、ギブスの自由エネルギー）、マクスウェルの関係式、不可逆性（熱力学的現象の進む方向）。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１５章を読み、熱力学ポテンシャルについて予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第7回 | 第１５章：熱力学（5/5） 開いた系の熱力学ポテンシャル、ギブス・デュエムの関係、相平衡、エントロピーの微視的描像。 「熱力学」のまとめ。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１５章を読み、開いた系の熱力学ポテンシャル、ギブス・デュエムの関係、相平衡、エントロピーの微視的描像について予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第8回 | 第１６章：真空中の静電場（1/2） 電荷と電気力、電荷の保存則、電場と電気力線、電場のガウスの法則。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１６章を読み、電荷、電場と電気力線、電場のガウスの法則について予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第9回 | 第１６章：真空中の静電場（2/2）＆ 第１７章：導体と静電場 電場と電位、等電位線、導体の静電遮蔽、キャパシター、電場のエネルギー。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１６章と１７章を読み、電場と電位、キャパシターについて予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第10回 | 第１８章：誘電体と静電場 誘電体の誘電分極、誘電体を挟んだキャパシター、電束密度、電束密度を用いたガウスの法則、電束密度を用いた電場のエネルギー。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１８章を読み、誘電体、電束密度について予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第11回 | 第１９章：電流 オームの法則、直流回路、キルヒホッフの第１法則、キルヒホッフの第２法則、CR回路。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・１９章を読み、オームの法則、キルヒホッフの法則について予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第12回 | 第２０章：電流と磁場 磁場と磁束密度、磁場のガウスの法則、アンペールの法則、ビオ・サバールの法則、ローレンツ力、電流に作用する力、電流間に働く力、磁性体。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・２０章を読み、磁場と磁束密度、アンペールの法則、ビオサバールの法則などについて予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第13回 | 第２１章：電磁誘導（1/2） 電磁誘導の発見、レンツの法則、誘電起電力、磁場中で回転するコイルに働く起電力（交流発電機の原理）、自己誘導と相互誘導、コイルの蓄えるエネルギー、磁場のエネルギー。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・２１章を読み、電磁誘導、誘電起電力、交流発電機などについて予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第14回 | 第２１章：電磁誘導（2/2） 交流回路、交流の実効値と電力、RLC回路、インピーダンス、位相のずれ、共振（同調回路への応用）。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・２１章を読み、交流回路について予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
| 第15回 | 第２２章：マクスウェル方程式と電磁波 電磁気学のための数学的準備：ベクトル解析。 マクスウェル方程式、電磁波、電磁場。 「電磁気学」のまとめ。 課題レポートの提出。 【事前学習】教科書・２２章を読み、マクスウェル方程式、電磁波、電磁場について予習しておくこと。（120分） 【事後学習】授業で習った内容をきちんと復習すること。課題レポートの提出後には模範解答がCSTポータルIIから公開されるので、自分の解答と照らし合わせ、できなかった問題を解きなおす。（120分） |
その他
| 教科書 |
原康夫 『物理学基礎（ISBN 978-4-7806-0525-9）』 学術図書 2016年 第5版
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| 参考書 |
和達三樹、十河清、出口哲生 『ゼロからの熱力学と統計力学（ISBN 9784000067003）』 ゼロからの大学物理 5 岩波書店 2005年 第1版
長岡洋介 『電磁気学 I（ISBN 9784000298636）』 物理入門コース 新装版 岩波書店 2017年 第1版
長岡洋介 『電磁気学 II（ISBN 9784000298643）』 物理入門コース 新装版 岩波書店 2017年 第1版
その他の参考書も必要に応じて授業時に紹介する。
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| 成績評価の方法 及び基準 |
毎回提出する課題レポートの結果で評価する。 ※新型コロナウイルスの影響に伴い変更の可能性がある。変更の場合は授業時に伝達する。 |
| 質問への対応 | 授業中に理解できないところがあった場合、質問内容を整理し随時質問すること。対面授業中だけでなくメールやCSTポータルII「Q&A」などから質問を受け付けます。オフィスアワーには研究室でも質問対応します。 |
| 研究室又は 連絡先 |
後期は船橋校舎１号館耐震補強工事のため、旧高校２号館１階２１５室 e-mail : nakahara.akio_AT_nihon-u.ac.jp（注：_AT_ を @ に変えてください） http://www.phys.ge.cst.nihon-u.ac.jp/~nakahara |
| オフィスアワー |
火曜 船橋 12:15 ～ 13:15 旧高校２号館１階 ２１５室（オフィスアワーの部屋は変更の可能性あり）
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| 学生への メッセージ |
大学以降、身に付けるべき知識は数限りないので、公式の丸暗記という手法はいずれ破綻します。「理論的な考え方をきちんと身に付けていれば、少数の基礎法則から物理現象の様々な公式を論理的に導出することができる」という物理学の考え方を修得してください。 |