総合物理学 [S1][遠隔(オ)]

開講年度

2025年度

開講学期

前期

科目名

総合物理学

授業種別

講義

科目名（英語）

General physics

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A1900417 総合物理学 [S1][遠隔(オ)]

担当教員

奥村和

単位数

2.0単位

曜日時限

月曜6限

キャンパス

八王子　遠隔

教室

学位授与の方針

1 基礎知識の修得 80 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 20 ％
3 汎用的問題解決力の修得 0 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

具体的な到達目標

(1)理科教育における物理学、物理的なものの見方の重要性を理解すること。(2)物理学の諸分野が決して切れたものではなく、連続した整合性を持っていることを理解する、を目指す。

受講にあたっての前提条件

物理学1，物理学2、物理化学Ⅰを履修済みであることが望ましい

授業の方法とねらい

遠隔（オンデマンド）で行う。随時、問題演習も行う。理科教員免許状の取得希望者のために設置された科目である。共通基礎科目の物理学１と２を学んでいることを前提にしているが、その補いになる面もあろう。

AL・ICT活用

特に活用しない

第1回

授業形態

授業情報欄記載の通り

事前学習

高校の物理、１年で学んだ物理学１、物理学２を復習する。

3時間

授業内容

目標と範囲　I 古典力学を振り返る、ベクトル解析、Newtonの運動方程式
物理学の分野を概観し、ベクトルの内積と外積について説明、ニュートンの運動法則の解説を行う。この授業では、一貫してベクトルを用いて展開していく。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、ベクトル解析、Newtonの運動方程式をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
宿題で出たベクトル公式の証明問題を解いてまとめる。
次回の授業では、仕事とエネルギー、力学的エネルギー保存の法則などを学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第2回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

仕事とエネルギー、力学的エネルギー保存の法則
仕事の定義を説明し、力学的エネルギーの保存則を導く。力学的エネルギーの保存則の一例として、調和振動子を解説する。また、ポテンシャルエネルギーと力の関係も説明する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、仕事の定義、力学的エネルギーの保存則、調和振動子をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、運動量の保存則、角運動量の保存則などを学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第3回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

運動量の保存則、角運動量の保存則
運動量の保存則、角運動量の保存則を解説する。角運動量の保存則の一例として、楕円運動の演習問題を宿題として課す。また、力積と力のモーメントについても解説する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、運動量の保存則、角運動量の保存則をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
宿題で出た楕円運動の演習問題を解いてまとめる。
次回の授業では、解析力学　ラグランジェの運動方程式を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第4回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

解析力学　ラグランジェの運動方程式
ニュートンの運動方程式と同じであるが、種々の利点のある、解析力学を解説する。ここでは、ラグランジェの運動方程式を詳述する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、ラグランジェの運動方程式をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、ハミルトンの運動方程式を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第5回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

ハミルトンの運動方程式
ハミルトンの運動方程式（正準方程式）を詳述する。この形式が量子力学の基礎になっていることも説明する。ハミルトンの運動方程式による解析の一例として、調和振動子の演習問題を宿題として課す。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、ハミルトンの運動方程式をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
宿題で出た調和振動子の演習問題を解いてまとめる。
次回の授業では、クーロンの法則　ガウスの法則を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第6回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

II.　電磁気学を振り返る　電磁気学の基本法則　クーロン（Coulomb）の法則　ガウス（Gauss）の法則
電磁気学の基本法則であるマックスェル（Maxwell）の方程式を実験結果より導く。ここでは、電場、磁場の定義を説明し、電荷、磁荷に対するクーロンの法則、また、その微分形であるガウスの法則を導く。また、ベクトル解析の発散（divergence）についても説明する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、電荷、磁荷に対するクーロンの法則　ガウスの法則をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、ファラデーの電磁誘導の法則を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第7回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

ファラデー（Faraday）の電磁誘導の法則
ファラデーの電磁誘導の法則について詳述する。また、ベクトル解析の回転（rotation）についても説明する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、ファラデーの電磁誘導の法則をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、アンペール・マックスェル（Ampere-Maxwell）の法則を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第8回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

アンペール・マックスェル（Ampere-Maxwell）の法則
アンペール・マックスェルの法則を詳述する。また、電荷保存則（連続の方程式）についても説明する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、アンペール・マックスェルの法則をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、Maxwellの方程式　電磁波を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第9回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

Maxwellの方程式　電磁波
前回までの授業で四つの電磁気学の基本法則、電荷、磁荷に対するガウスの法則、ファラデーの電磁誘導の法則、アンペール・マックスェルの法則を説明した。これで電磁気学の基本法則Maxwellの方程式は完成したので、その応用の一例として電磁波を導く。電磁波の数学的表現についても解説する。また、ベクトル公式の演習問題を宿題として課す。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、Maxwellの方程式　電磁波をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
宿題で出たベクトル公式の演習問題を解いてまとめる。
次回の授業では、Galileiの相対性原理を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第10回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

III　アインシュタインの相対性理論　Galileiの相対性原理
ここからは、運動系の物理法則について説明し、運動系のMaxwellの方程式の解析からアインシュタインの相対性理論を導く。ここでは、まず、運動系のニュートン方程式、Galileiの相対性原理について解説する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、Galileiの相対性原理をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、運動体の電磁気学を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第11回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

運動体の電磁気学
運動する系では、Maxwellの方程式はどのように変換されるのかを今回と次回の授業で展開し、最終的にアインシュタインの相対性理論を導く。まず、Maxwellの方程式にGalilei変換を施すとHertzの方程式が得られることを説明する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、運動体の電磁気学、Hertzの方程式をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、Lorentzの理論を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第12回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

Lorentzの理論
Hertzの方程式と実験との矛盾を解消するためLorentzが行ったGalilei変換の改良、より精度の高いMichelson-Morleyの実験との矛盾を解消するためのLorentzの２回目の改良によるLorentz変換を詳述する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、Lorentzが行ったGalilei変換の改良、Lorentzの２回目の改良によるLorentz変換をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、アインシュタインの相対性理論を学ぶので、事前に参考書等で予習すること。

4.5時間

第13回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

アインシュタインの相対性理論
Lorentzが導いたLorentz変換は、運動する系でのMaxwellの方程式の変換として正しい変換であったが、Lorentzはその真の意味が理解できなかった。アインシュタインがその意味を理解しアインシュタインの相対性理論としてまとめたことを詳述する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ、アインシュタインの相対性理論をよく復習し、理解すること。
次回は、学期末筆記試験なので、第１回〜第１３回目の授業の内容をよく復習し、分からないところがあった場合は、オフィスアワーなどで質問し、理解すること。

4.5時間

第14回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

学修到達度の確認（授業内試験）を遠隔（オンデマンド）で実施。

事後学習・事前学習

学修到達度の確認（授業内試験）の結果も踏まえ、全体を振り返り、よく復習すること。

4.5時間

第15回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

授業全体の振り返り。講評も説明する。

事後学習

授業の内容全体をよく復習し、理解する。

4.5時間

成績評価の方法

普段の授業の出席と課題が50%、期末レポートが50%で評価する。6段階のGrade(A+、 A、 B、 C、 D、 F)で評価し、D以上の者に単位を認める。Fは不合格。

受講生へのフィードバック方法

オンデマンド授業となる「第15 回」に、KU-LMS に全体の講評をアップロードする。

教科書

指定教科書なし

参考書

「理工系物理学講義」、加藤潔著、培風館
「理論電磁気学」、砂川重信著、紀伊国屋書店

オフィスアワー

木曜日17：30-18：30 八王子12-208室。簡単な質問はメールでも受け付ける。

受講生へのメッセージ

とにかく自分の頭を活動させて、考える習慣を付けてください。

実務家担当科目

実務家担当科目ではない

実務経験の内容

教職課程認定該当学科

生命化学科

その他の資格・認定プログラムとの関連

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