このページは 2021年度の授業用の内容です。 2022年度の授業には対応していません。 また、「アクセス制限つき」で置いてあった図は、置いていません。

物理学 I

2021年度 2学期 木曜 1限 (9月23日開始) A202教室

1年生 (後半) 向けの自然科学の科目であり、 理科の教職をとる人の教科内容に関する科目でもあります。

物理学 I では、力学 (そのうち、質点、質点系、剛体の力学) をあつかいます。 (物理学 II で、波動、光、熱をあつかう予定になっています。)

シラバス

各回の日程、教材へのリンク

• 第1回 9月23日
  • 9:00 から zoom によるオンライン授業をおこないます。 zoom の番号は、9月21日に、ポータルサイトのオンライン授業ツールのこの授業の1回めのところに書きました。
  • zoom の録画をあとで stream に置く予定です。 (動画教材としてしあげることはしません。自動文字起こしのまちがいもなおさない予定です。) 置いたら、オンライン授業ツールのこの授業の1回めの「振り返り」のところからリンクします。
  • 教材本文にあたるものは、このウェブページからリンクしたところに置きます。
    • [序論: 物理のひろがり、そのなかでの(古典)力学の位置]
    • [空間と時間の座標] (教科書 1.1 「質点の力学」 2ページ)
    • [「質点の力学」をあつかうこと] (教科書 1.1 「質点の力学」 1ページ)
    • [ベクトル] (教科書 1.2 3-5ページ)
    • [ギリシャ文字]
    • [第1回小レポート課題] オンライン授業ツールのこの授業の第1回の「レポート」 のところに答えてください。しめきり 9月27日(月) 18時。
  • 出席はとりません。
• 第2回 9月30日 は、あらかじめ動画を stream に置く形のオンデマンド型にします。
  • 教材本文ウェブページ
    • [速度、加速度、慣性、力、運動方程式] (教科書 1.3～1.5)
  • [講義動画] (学内むけ)
  • [第2回小レポート課題] 教材本文ウェブページの終わりのほうに書いた小課題について、オンライン授業ツールのこの授業の第2回の「レポート」 のところに答えてください。しめきり 10月4日(月) 23:30。
• 第3回 10月 7日 対面授業です。 対面のばあいも、このウェブサイトと オンライン授業ツールのレポートなどの機能をつかいますが、 zoom や stream はつかいません。
• [時計の文字盤とベクトルの偏角 (第1回小レポート課題) の計算例]
• [落体問題 (第2回小レポート課題) の計算例]
• [放物運動] (教科書 1.6節)
• [単振動、単ふりこ (単振動による近似)] (教科書 1.7～1.8節)
• [第3回小レポート課題] オンライン授業ツールのこの授業の第3回の「レポート」 のところに答えてください。しめきり 10月11日(月) 23:30。
• 第4回 10月14日 対面授業です。
  • [第3回小レポート課題]のページに答えの考えかたを追記しました。 14日の授業後に表計算による計算例を追記しました。(Pythonによる計算例も追記しました。)
  • [仕事と運動エネルギー] (教科書 1.9節)
  • [第4回小レポート課題] 教材本文ウェブページの終わりのほうに書いた小課題について、 オンライン授業ツールのこの授業の第4回の「レポート」 のところに答えてください。しめきり 10月18日(月) 23:30。
• 第5回 10月21日 対面授業です。
  • 第4回小レポート課題の考えかたを、 [落体問題 (第2回小レポート課題) の計算例]のページに追記しました。 なお、第2回小レポート課題の計算例の説明を改訂し、積分による解と差分近似による解の表をわけました。 第4回の計算例は、積分による解のほうの拡張です。
  • [束縛運動、垂直抗力と摩擦力] (教科書 1.10節)
  • 位置エネルギー、力学的エネルギーの保存 (教科書 1.11、1.12節の一般的記述にすすむまえに、重力加速度一定のばあいにかぎった導入)
    • 「地学 II」の教材ページ [エネルギー保存の法則、エネルギーの流れ] のうち 「力学的エネルギー = 運動エネルギー + 位置エネルギー」 のところを見る。 ただし、そこでは速度の鉛直成分を w としている。この力学の教材での v_z (鉛直方向を y 軸としたばあいは v_y) にあたる。
    • [(*) 教科書 1.12節 30ページの単ふりこの例] ここで U(r) は、位置 r での位置エネルギーである。 【[講義中に話したことを補足] ふりこのおもりの運動は、円弧上の運動ではあるが、等速円運動ではない。 しかし、おもりが下の端にきたときの加速度をもとめるときには、 その付近の微小区間の運動を等速円運動で近似する。】
    • [第5回小レポート課題] 第2回、第4回小レポート問題にした落体問題の答えの表に、各時刻の位置エネルギー、 運動エネルギーと位置エネルギーの合計、の2列を追加してください。 ただし、物体が高さ z = 0 にあったときの位置エネルギーを 0 とします。 オンライン授業ツールのこの授業の第5回の「レポート」 のところに答えてください。しめきり 10月25日(月) 23:30。
• 第6回 10月28日 対面授業です。
  • 第5回小レポート課題の考えかたを、 [落体問題 (第2回小レポート課題) の計算例]のページに追記しました。
  • [(*) 偏微分] (教科書 A-4節) (相対誤差は講義では省略)
  • [∇ (nabla) がかかわる演算] (授業中に黒板に書いたことをあとで表にしました)
  • [ポテンシャル、位置エネルギー (ポテンシャル エネルギー)] (教科書 1.11～12節)
  • [(*) 平面運動の極座標表示] (教科書 1.13節) (面積速度は講義では省略)
  • [第6回小レポート課題] 教材本文ウェブページの途中に書いた小課題について、 オンライン授業ツールのこの授業の第6回の「レポート」 のところに答えてください。しめきり 11月1日(月) 23:30。
• 第7回 11月4日 対面授業です。
  • 第6回小レポート課題の考えかた (簡単に)
  • [万有引力と惑星の運動] (教科書 1.14節)
  • 相互に動く座標系のあいだの変換について、予告的な話
• 第8回 11月11日
  • [座標系間の変換 と みかけの力] (教科書 1.15節 「ガリレイ変換と回転座標系」)
  • [中間レポート出題] (しめきり 11月25日)
• 11月18日は土曜日の授業をする日なので、木曜日の授業はありません。
• 第9回 11月25日
  • [質点系の力学の基本 -- 二体問題 (教科書 2.1節)、重心とその運動 (2.2節)、重心運動と相対運動 (2.5節)]
• 第10回 12月2日
  • [運動量と衝突] (教科書 2.3節「運動量と角運動量」の一部、2.4節「運動量保存則と衝突」)
• 第11回 12月9日
  • [角運動量] (教科書 2.3節「運動量と角運動量」、2.6節「質点系の角運動量」)
• [2021-12-16] 12月9日には、小課題のレポートを受け取る枠の設定をわすれていて、すみませんでした。 その後、ポータルサイトの故障があったので、さらに遅れましたが、 12月16日の授業後に設定しました。12月23日までにこたえてください。 (12月16日のあらたな課題はありません。)
• 第12回 12月16日
  • [剛体の力学 (1)] (教科書 2.7節「剛体とそのつり合い」、2.8節「固定軸の周りの剛体の運動」(途中まで) )
• 第13回 12月23日
  • [剛体の力学 (2)] (2.9節「慣性モーメントの計算」、2.10節「剛体の平面運動」、2.8節「固定軸の周りの剛体の運動」(のこり))
• 第14回 1月6日
  • [斜面をころがる円板の運動の計算] 第13回の小課題とその発展 (2.10節「剛体の平面運動」の例題にもとづく)
  • [剛体の力学 (3)] (教科書に直接対応しない)
• 第15回 1月13日
  • [期末レポート出題]
  • [剛体の力学 (4)] (剛体の平面運動の補足。教科書に直接対応しない)
  • [連続体 (流体、弾性体) の力学への序論]
• 期末レポートしめきり 1月27日 (木) 23:30。【「(月)」と書いていましたが、それはまちがいです。】 提出先は、ポータルサイトのオンライン授業のうちこの授業の第15回のところ。

わたしの教材用ウェブページの記号

• [*] アクセス制限があります。みなさんにおすすめするものがあればパスワードも紹介します。
• [外] わたしの作成した教材でなく他者によるページへのリンクであることを明示するものです。 (これがなくても他者のページであるばあいもありますが。)
• [用語補足] [補足] [余談] わたしのブログ記事へのリンクです。 これまでいろいろなところで授業をしてきて説明しきれなかったことの補足として書いたものが多いです。 書きかたが気まぐれですが、興味のある人は読んでみてください。 (なお、わたしのブログには授業とまったく関係のない話題の記事もあります。)

教科書・参考書

教科書

• 小出 昭一郎, 1997: 『力学 (物理学 分冊版)』。裳華房, 134 pp. ISBN 978-4-7853-2075-1. [(*) 表紙画像] [読書メモ (目次書きぬきをふくむ)]

参考書

• 副島 雄児, 杉山 忠男, 2009: 『力学 (講談社 基礎物理学シリーズ 1)』。講談社, 222 pp. ISBN 978-4-06-157201-0. [(*) 表紙画像] [読書メモ]
  ... 渡来先生がこの科目を担当されたとき参考書としてあげられた本です。 教科書とした本よりも説明がていねいです。 (ただし、ページ数にみあって値段も高くなるので、教科書をこれに変更するのをためらいました。)
• 前野 昌弘, 2013: 『よくわかる初等力学』。東京図書, 403 pp. ISBN 978-4-489-02149-7. サポートウェブページ http://irobutsu.a.la9.jp/mybook/ykwkrMC/ 。 [(*) 表紙画像] [読書メモ]
  ... 前野先生は「動く教科書シリーズ」http://irobutsu.a.la9.jp/movingtext/ で、 物理のいろいろな現象について、単なる動画ではなくその場で数値を計算して動くアニメーション教材をつくっておられます。 本書は初歩の人がまちがえやすいところについての注意がていねいです。 本書は静力学 (力のつりあい) にたくさんのページをさいていて、わたしの授業とは進めかたがだいぶちがいます。
• 原島 鮮 [あきら], 1973, 新装版 2020: 『力学 I -- 質点・剛体の力学 (新装版)』。裳華房, 265 pp. ISBN 978-4-7853-2272-4. [(*) 表紙画像] [読書メモ (2021-12-31 追加)] ... わたしが大学生のときに勉強した教科書です。 それよりも古い教科書では運動方程式がとける (解を微分積分でもとめられる) 問題に重点をおいたものが多かったのですが、 本書は、それではとけない問題の数値解も積極的にとりいれた、そういうもののうちでは初期の本です。

読みもの

• 朝永 振一郎 [ともなが しんいちろう], 1979: 『物理学とは何だろうか (上・下)』 (岩波新書 黄版 85・86)。岩波書店。 [(*) 表紙画像] [読書ノート]
  ... 序論で話題にしたのでとりあげました。 科学史家でなく物理学者のたちばから、物理学がなりたった歴史をふりかえっています。 上巻の前半では、ケプラーやガリレオからニュートン力学の成立にいたる過程を論じています。
• 坪井 忠二, 1970: 『力学物語』。岩波書店, 272 pp. [(*) 表紙画像] [読書メモ]
  ... 日常生活で身近なものごとと関連づけて力学の概念を論じたエッセイ集です。 著者は地球物理学者 (地球内部の地震波の伝搬や重力の分布などが専門) でした。

オフィスアワー ([親ページ]参照)