物理学Ⅱ (M31D)

日本大学理工学部

2023年理工学部シラバス - 物理学科

設置情報

科目名	物理学Ⅱ
設置学科	物理学科	学年	1年
担当者	鈴木　徳一	履修期	後期
単位	2	曜日時限	水曜1
校舎	船橋	時間割CD	M31D
クラス	2

概要

学修到達目標	本科目では、物理学Iで学習したことがらを前提として、熱力学および電磁気学の基礎を学習する。熱力学における「熱力学第０法則、熱力学第１法則、熱力学第２法則」や電磁気学における「ガウスの法則」「渦なしの法則」「アンペールの法則」などの重要な法則や概念を学習する。本授業科目はDP1・3及びCP1・3に該当しています。
授業形態及び授業方法	「対面授業」基本的な物理現象を題材にして、それを様々な角度から講義する。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。
履修条件	「物理学Ⅱ演習」を並行して受講すること。「物理学Ⅰ」、「物理学Ⅰ演習」を受講済みであること。

授業計画

第1回	ガイダンス：大学で物理学を学ぶ中での「物理学II」の位置づけ。熱力学（１）：科学の発展の歴史の中での「熱力学」。物理学IIにおける熱力学パートの到達目標。熱平衡と温度（熱力学第０法則）。熱運動と温度。【事前学習】第１回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第１回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第2回	熱力学（２）：状態変数と状態方程式。理想気体。理想気体の状態方程式の実験及び理論に基づく導出。【事前学習】第2回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第2回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第3回	熱力学（３）：熱力学第１法則（仕事、内部エネルギー、熱量）。準静的過程。状態量と状態量でない量。熱源（熱浴）に接触する系。様々な準静的過程（等温過程、定圧過程、定積過程）。【事前学習】第3回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第3回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第4回	熱力学（４）：熱容量と比熱。準静的断熱過程。マイヤーの関係式。多原子分子理想気体。エネルギー等分配則の紹介。偏微分と全微分。【事前学習】第4回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第4回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第5回	熱力学（５）：カルノーサイクルと熱機関の効率。熱力学第２法則（トムソンの原理、クラウジウスの原理）。可逆過程と不可逆過程。【事前学習】第5回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第5回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第6回	熱力学（６）：クラウジウスの不等式（第２法則の数学的表現）。エントロピーの導入。準静的過程におけるエントロピー変化。【事前学習】第6回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第6回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第7回	熱力学（７）：断熱不可逆過程におけるエントロピー増大則。エントロピーの確率論的意味。示量変数と示強変数。カラテオドリの原理。【事前学習】第7回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第7回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第8回	電磁気学（１）：科学の発展の歴史の中での「電磁気学」。物理学IIにおける電磁気学パートの到達目標：時間変動しない電磁場に対するマクスウェル方程式。クーロン力と万有引力。重ね合わせの原理。ベクトル場について。【事前学習】第8回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第8回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第9回	電磁気学（２）：近接作用と静電場。ベクトル場の表現（デカルト座標系、極座標系、円筒座標系）。広がりのある電荷分布が生成する電場。電気力線。【事前学習】第9回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第9回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第10回	電磁気学（３）：ガウスの法則（積分形）。ベクトル場の面積分とその意味。【事前学習】第10回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第10回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第11回	電磁気学（４）：ガウスの法則（微分形）。渦なしの法則と静電ポテンシャル。静電場の基礎法則（積分形、微分形）。ベクトル場の発散と回転及びそれらの意味。ガウスの発散定理とストークスの定理の説明。ヘルムホルツの定理の説明。【事前学習】第11回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第11回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第12回	電磁気学（５）：導体と静電場。コンデンサー。静電場のエネルギー。【事前学習】第12回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第12回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第13回	電磁気学（６）：定常電流。オームの法則の電子論。磁力線。静磁場の基礎法則（アンペールの法則。ガウスの法則。）。ベクトルポテンシャル。【事前学習】第13回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第13回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第14回	電磁気学（７）：”時間変動しない”電磁場に対するマクスウェル方程式。ビオ・サバールの法則とそのマクスウェル方程式に基づく検討。 ”時間変動する”電磁場に対するマクスウェル方程式：電磁誘導と変位電流。２年次以降の学修に向けて。【事前学習】第14回目の内容について、教科書や参考書を用いて予習しておくこと。（６０分）【事後学習】物理学II演習で配布の演習プリント、講義ノート、教科書や参考書を用いて、第14回目の内容について復習しておくこと。（１８０分）
第15回	平常試験及びその解説。【事前学習】第１回目から第１４回目の内容の学修(２４０分)

その他

教科書	原康夫『物理学基礎』学術図書 201６年第５版
参考書	北林照幸, 藤城武彦, 滝内賢一『基礎から学ぶ物理学』講談社 2018年栗焼久夫, 副島雄児, 鴇田昌之, 原田恒司, 本庄春雄『基幹物理学』培風館 2019年朝永振一郎『物理学とは何だろうか上、下』岩波書店戸田盛和『熱・統計力学』物理入門コース岩波書店エンリコ・フェルミ『フェルミ　熱力学』三省堂 1973年長岡洋介『電磁気学　I, II』物理入門コース岩波書店 Edward M. Purcell 『復刻版バークレー物理学コース電磁気』バークレー物理学コース復刻版 2 丸善 2013年和達三樹『物理のための数学』物理入門コース岩波書店リチャード・ファインマン『ファインマン物理学　電磁気学』岩波書店原島鮮『熱力学・統計力学』培風館砂川重信『熱・統計力学の考え方』物理の考え方岩波書店藤原邦男『熱学入門』東京大学出版会菊川芳夫『熱力学』講談社松下　貢『物理学講義　熱力学』裳華房三宅哲『熱力学』裳華房押田勇雄、藤城敏『熱力学』基礎物理学選書裳華房妹尾学『熱力学』サイエンス社 Sadi.Carnot (広重徹　訳) 『カルノー・熱機関の研究』みすず書房マックス・ボルン『原因と偶然の自然哲学』みすず書房山本義隆『熱学思想の史的展開　1~3』筑摩書房砂川重信『電磁気学』物理テキストシリーズ岩波書店砂川重信『電磁気学の考え方』物理の考え方岩波書店砂川重信『電磁気学―初めて学ぶ人のために』培風館砂川重信『理論電磁気学』紀伊国屋書店太田浩一『電磁気学の基礎I, II』東京大学出版会安達忠次『ベクトル解析』培風館ジョージ.ブラウン・アルフケン, ハンス.J・ウェーバー他『基礎物理数学1~4』講談社他の参考書は授業中に指示する。
成績評価の方法及び基準	平常試験（６割程度）及び平常点（４割程度）による。通常の授業への取り組みかた(毎回の授業復習用レポート課題の提出状況と内容)を“重視”する。平常試験は、後期２回行う予定。第８回あたりと、第１５回。
質問への対応	授業中随時。オフィスアワー：水曜日　午後０時１0分～午後１時１0分　（１号館２階１２２B室）。その他、おもに月、水曜日に質問を受け付けます。
研究室又は連絡先	１号館２階１２２B室メールアドレスは、講義時にアナウンスします。
オフィスアワー	水曜船橋 12:10 ～ 13:10
学生へのメッセージ	必ず毎回授業に出席すること。授業に出席する際、必ず自分の手でノートをとること。レポート提出後も復習をすること。

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