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数理基礎教育課程 
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
数理基礎教育課程
数理基礎科目
数理基礎
基礎物理
Fundamental Physics
2 G222-01 2021年度
2期(後学期)
3期(前学期)
4期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習教育目標
キーワード 学習教育目標
1.運動方程式 2.仕事 3.力学的エネルギー 4.回転運動 5.剛体の運動 専門科目を学ぶためには、自然現象の物理的な見方、考え方ができることが重要である。本 科目では、簡単な物体の運動の知識を前提とし、ベクトルおよび微分と積分を用いて物理学 の基礎として特に重要な質点と剛体の運動方程式、仕事とエネルギーの概念を詳しく学ぶ。 学んだ知識を応用して、様々な現象を物理的な知見から考察し分析できることを目標とする 。
授業の概要および学習上の助言
物理法則の基礎は力学である.力学は実際に目で見える物体を扱っているので理解しやすい.そこでこの授業では力学の要で あるニュートンの運動方程式,仕事とエネルギーについて学び,その後,剛体の運動について学ぶ.さらに,学んだことの応 用例をグループ学習を通して学ぶ.以下に授業概要を記す. 1.ニュートンの運動方程式    物理量の表し方-単位,直線運動の速度,加速度と微分,一般の運動の速度と加速度,等速円運動,    運動の法則,いろいろな力と力の法則,微分方程式と積分,簡単な微分方程式の解,単振動 2.仕事とエネルギー    仕事と仕事率,仕事とエネルギー,エネルギー保存則 3.質点および質点系の回転運動    質点の回転運動-平面運動の場合,質点の回転運動-ベクトル積で表した回転運動の法則,質量中心    質点系の運動,質点系の角運動量   4.剛体の運動方程式    剛体の運動方程式と剛体のつり合い,固定軸のまわりの剛体の回転運動と慣性モーメント 授業では物理法則を表す多くの式を学ぶが,式を覚えるだけでなく,それらの式の意味を理解することが技術力を身につける ためには特に大切である.式の意味を理解するためには,特に微分,積分の知識が必要であるのでよく復習をしておくこと.
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:サーウェイ 基礎物理学 I 力学[東京化学同人] 参考書:第5版 物理学基礎[学術図書出版社] リザーブドブック:Principles of Physics: A Calculus-Based Text, Hybrid (with WebAssign Printed Access Code) 5th Edit        ion[Brooks/Cole Pub]
履修に必要な予備知識や技能
・ 速度,加速度,力などの基本的な力学の知識 ・ ベクトル,三角比,微分法,積分法などの数学の知識と正確に計算できる能力
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D 速度,加速度,運動の法則と力の法則を理解し,速度,加速度を求める計算ができる.
D 積分と微分方程式の計算ができ,運動方程式を立てて解くことにより物体の運動を数式で表すことができる.
D 仕事とエネルギーの関係を理解し,積分を用いて位置エネルギーの計算ができる.
D 剛体の運動の法則を理解し,運動方程式を立てて解くことにより剛体の運動を数式で表すことができる.
C 基本的な専門用語および簡単な物理現象の英語表現を理解することができる.
A 毎回の授業に出席し,授業内容の理解に努めて,宿題をやり遂げ,グループ活動にも積極的に参加することができる.
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 30 30 20 0 0 0 20 100
指標と評価割合 総合評価割合 30 30 20 0 0 0 20 100
総合力指標 知識を取り込む力 15 15 5 0 0 0 5 40
思考・推論・創造する力 10 10 5 0 0 0 5 30
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 5 0 0 0 0 5
発表・表現・伝達する力 0 0 0 0 0 0 0 0
学習に取組む姿勢・意欲 5 5 5 0 0 0 10 25
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 試験は期末に1回実施する. 期末試験で,達成すべき行動目標の①〜④の達成度を,総合評価の割合30%として評価する. 試験の範囲と試験を実施する授業回数は,それぞれ授業明細表に記載してある.
クイズ
小テスト
小テストを2回実施する. 小テスト1で,達成すべき行動目標の①〜④の達成度を,総合評価割合15%として評価し, 小テスト2で,達成すべき行動目標の①〜④の達成度を,総合評価割合15%として評価し, 各小テストの範囲と試験を実施する授業回数は,それぞれ授業明細表に記載してある.
レポート 計2回のグループ学習で実施した成果をレポートとして提出する.各レポートは総合評価の割合10%と し,合計で総合評価割合の20%として評価する.
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他 毎回の授業に出席し,授業の内容の理解に務めているかについて,授業中の態度や発言などによって,総 合評価割合の10%として評価する. 課外での予習復習をして継続的な学習力を身につけるため取り組んだ宿題および演習は,総合評価割合の 10%として評価する.
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
・位置,速度,加速度を数式を用いて正確に表すことができる .ベクトルを用いた表現もできる. ・質点の運動方程式を立てて解くことにより,物体の運動を正 確に把握することができる. ・仕事とエネルギーを理解し,積分を用いて位置エネルギーの 計算が正確にできる. ・剛体の運動方程式を立てて解くことにより,物体の運動を正 確に把握することができる. ・本的な専門用語および簡単な物理現象の英語表現を理解する だけでなく自ら表現することができる. ・毎回の授業に出席し,授業を理解し宿題を正確にやり遂げる ことができ,グループ活動ではリーダーとして活動できる. ・位置,速度,加速度を数式を用いて表すことができる. ・質点の運動方程式を立てて解くことにより,物体の運動を把 握することができる. ・仕事とエネルギーを理解し,積分を用いて位置エネルギーの 計算ができる. ・剛体の運動方程式を立てて解くことにより,物体の運動を把 握することができる. ・本的な専門用語および簡単な物理現象の英語表現を理解す ることができる. ・授業回数の2/3以上の授業に出席し,宿題をやり遂げるこ とができ,グループ活動では自分の考えを説明することができ る.
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
1回 ガイダンス 序論(単位と次元など) 1次元の運動(平均速度、瞬間速度、加速度、自由落下 ) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:長さ,質量,時間の基準を 確認する.平均速度,瞬間速度, 加速度の定義を確認する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
2回 2次元の運動(位置ベクトル,速度ベクトル,加速度ベ クトル,放物運動,等速円運動) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:ベクトルを用いた平均速度 ,瞬間速度,加速度の定義を確認 する.放物運動の飛距離と最大高 度の求め方を確認する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
3回 運動の法則(力の概念,ニュートンの運動の三法則) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:ニュートンの第一法則,第 二法則,第三法則の記述を読み内 容を理解する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
4回 ニュートンの法則のさらなる応用(摩擦力,円運動, 速度に依存する抵抗力があるときの運動) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:静止摩擦力と動摩擦力の違 いを確認する.向心加速度の求め 方を確認する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
5回 系のエネルギー(系と外界,仕事,保存力,非保存力 ,ポテンシャルエネルギー) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:系と外界の記述を読み内容 を理解する.仕事,保存力,ポテ ンシャルエネルギーの定義を確認 する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
6回 小テスト1(第1回〜第5回で学習した内容の理解度を 確認する) エネルギーの保存(力学的エネルギーの保存,非保存 力による力学的エネルギーの変化,仕事率) 小テスト1を行う. 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:小テスト1に備えて復習を する.力学的エネルギーの保存則 の内容を確認する.仕事率の定義 を確認する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
7回 グループ活動(第1回〜第6回で学習した内容に関連し た課題をグループで取り組む.課題には英語の要素を 取り入れる) グループに分かれ課題に取り 組む. 予習:指定された課題の内容を確 認する. 復習:レポートを作成する. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
8回 運動量と衝突(運動量,衝突,質量中心,質点系の運 動) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:運動量の定義を確認する. 力積-運動量の定理の記述を読み 内容を理解する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
9回 回転運動(角速度,角加速度,等加速度運動,回転運 動の量と並進運動の量の関係,トルク) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:角速度,角加速度の定義を 確認する.回転運動の量と並進運 動の量の関係の記述を読み内容を 理解する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
10回 回転運動(剛体の力のつり合い,角運動量,剛体の転 がり運動) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:剛体の力のつり合いの記述 を読み内容を理解する.角運動量 の定義を確認する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
11回 単振動(ばねに取り付けられた物体の運動,単振動) 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:単振動における振幅,角振 動数,周期,振動数の定義を確認 する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 自己点検:授業の理解度を確認す る. 30 60 10
12回 小テスト2(第6回〜第11回で学習した内容の理解度を 確認する) 単振動(振り子,減衰振動) 小テスト2を行う 演習を適宜取り入れながら, 講義を中心として運営する . 予習:小テスト2に備え復習をす る.単振り子の運動を表す式を確 認する. 復習:授業で取り扱った例題を復 習し,関連する基本問題を解く. 30 60
13回 グループ活動(第8回〜第12回で学習した内容に関連し た課題をグループで取り組む.課題には英語の要素を 取り入れる) グループに分かれ課題に取り 組む. 予習:指定された課題の内容を確 認する. 復習:レポートを作成する. 自己点検:小テスト2の結果を振 り返る. 30 60 10
14回 期末試験に向けた総復習 期末試験(第1回〜第13回で学習した内容の理解度を確 認する) 復習のポイントを講義形式で 解説する. 期末試験を行う. 予習:期末試験に備え復習をする . 復習:期末試験で分からなかった 問題の内容を復習する. 30 60
15回 グループ活動 返却・解説、アンケート グループに分かれて第6回, 第13回目の授業の課題に取り 組む. 自己点検をする. 予習:グループ活動の準備をする . 自己点検:期末試験の結果を踏ま え授業全体を振り返りをする. 30 30