物理学２

Physics 2

9983B87

83ONPHY102

佐藤　喜一郎

Ki-ichiro Sato

2026年度後期

2026年度

②Second semester

月曜1限

Monday 1st Period

先進工学部　生命システム工学科

Department of Biological Science and Technology, Faculty of Advanced Engineering

2.00単位

講義

Lecture

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⑦ [遠隔]オンライン授業（同期）/ [Remote]Online (synchronized remote)

物理学は，方法論として力学・流体力学・電磁気学・熱力学・統計力学・量子力学などに分かれるが，共通する話題としてエネルギー概念がある。本授業では，エネルギーに関する基本事項を力学で学んだ後，原子物理学・宇宙物理学などへの応用がどのようになされるのかを学ぶ。あわせて，物理学の学問としての進展などを学ぶ。

そこで，前期開講の物理学１の続きとして，物理学の基本である力学について，仕事とエネルギーに関するさまざまな概念や基本的な事柄を学ぶ。また,仕事とエネルギーという観点から回路における基本法則を整理し，電磁気学の体系を理解する。

また、現在の物理学の位置づけを俯瞰する意味で、物質が究極に何で出来ているのか，どのような力が働くのか，など，素粒子物理学の進展を中心に，量子力学でしか語れないミクロの世界の物質観を理解し，
この学びの課程で，放射能の起源や放射線の正体が理解できるようになる。

先進工学部　生命システム工学科のカリキュラムポリシー『5.「基礎科目」では、１年次より「基幹基礎科目」、「専門基礎科目」、「専門基礎科目」の授業科目を効果的に配置し、基礎学力を強化し「専門科目」との接続を図る。 』に対応する基幹基礎科目である。物理学は化学・生物学とともに自然科学の根幹を成す科目であり，早い機会に物理学における現象の捉え方を学ばせるための授業である。

・力学
に加え
・熱統計力学
・電磁気学
・現代物理学
の３つの分野を扱い，専門で生物学を学ぶために必要となる物理学の知識を学ぶ。

・物理学は，方法論として力学・流体力学・電磁気学・熱力学・統計力学・量子力学などに分かれるが，共通する話題としてエネルギー概念があることを理解できる。

・力学として，仕事とエネルギーに関するさまざまな概念や基本的な事柄を学び，運動方程式の厳密解がない場合においても物理現象を説明できるようになる。
・熱現象を分子の微視的な運動から理解できるようになる。
・統計力学の分布や状態概念を説明できる。
・統計力学の熱力学的解釈を行うことでができる。
・ファラデーの近接相互作用という考え方を説明できる
・クローン力やビオサバールの法則で記述される力は近接相互作用ではないことを理解できる
・電磁気学の基本法則が，ガウスの法則やアンペールの法則などすべて近接相互作用で記述されることを理解する
・fluxという概念を説明できる
・回路の電流の微視的説明を行うことが出来る
・回路の基本法則がキルヒホッフの法則(1,2)であることを理解する
・オームの法則・ジュール熱など回路に関するエネルギー保存を説明できる
・すべての物質は素粒子から出来ていることを理解できる
・素粒子は現代の「原子」であるが，質量・電荷・スピンなどが，エネルギー・運動量・角運動量の保存で保存するが，素粒子自体は成績消滅して個数が保存されない世界であることを理解する
・素粒子のエネルギーは相対論的なエネルギーの式使う必要があることを理解する
・静止質量や静止エネルギーについて，相対論的なエネルギーの式で理解できるようになる
・素粒子に働く力は４つ，(強い相互作用・弱い相互作用・電磁相互作用・重力相互作用)で，中性子や原子核のベータ崩壊は弱い相互作用で起こることを理解する
・放射線の放出は量子力学で計算されるので確率論的になる。崩壊の度合いは崩壊定数を用いて記述され，平均寿命や半減期などは，崩壊の式の解から直接導出できる

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

履修の前提：
高等学校において高校物理が未履修の学生にも理解できるような講義内容になっているが、高等学校における数学の基礎的な事項（２次関数と２次方程式、ベクトル、指数関数・対数関数・三角関数、微分積分など）は理解していることは前提としている。数学について足りない部分があれば高校の数学(I, A, II, B, III)の教科書を取り寄せて必ず前もって復習を行なうこと。
前期開講の「物理学1」を履修していると前述の数学事項が身についているものと期待できる。

授業形態について：
オンライン同期の授業である。指定教室においてTeamsに接続して受講することを標準とするが、到達度評価試験以外の時は必要に応じて各自が学習しやすい場所での受講も認める。出欠はモバイル出欠システムを使用する。Teamsの接続情報は、講義資料なども含めLETUSに掲載される。

LETUSに予習課題や復習用の演習問題が随時掲載されるので，LETUSのこの授業のコースhttps://letus.ed.tus.ac.jp/course/view.php?id=180332は毎日アクセスすること。

課題に対する作文　Essay／-

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大学の授業は、時間割上の授業時間に加え、その2倍にあたる授業時間外の学習(予習・復習)をもって構成される。
本授業は2単位なので、以下のように、予習・準備学習と復習であわせて4時間の学習を行う必要がある。

【準備学習】
(全般)
高等学校で履修した範囲および前期に学習した物理学１の関連事項
微分積分学1の内容

(各授業項目)
LETUS（https://letus.ed.tus.ac.jp/course/view.php?id=180332）に予習用の課題や演習問題が掲載されるので，授業前に必ず内容をチェックする


【復習】
LETUS（https://letus.ed.tus.ac.jp/course/view.php?id=180332）に授業の進行が掲載される。また，週に一度のペースで復習用の課題が課される。
これらの演習問題を解きながら，授業の復習を行う。

到達度評価試験：50％，レポート提出状況：50%

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

Y

第５版　物理学基礎　新装版、原康夫、学術図書出版社、978-4-7806-0905-9

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

・高校数学 I,A,II,B,III,Cの教科書
・「微分積分学1」、「微分積分学2」の教科書

【項目と内容】

1. 熱力学1
仕事とエネルギー、エネルギーの保存に関する復習を行い、多体問題で保存する物理量についての基礎知識を学ぶ。

そのうえで、熱平衡，温度の定義，熱力学第0法則，熱の移動，比熱・熱容量など
熱力学で熱現象を扱う準備を行う。
(教科書第14章熱，14.1熱と温度，14.2熱の移動)


2. 熱力学2
理想気体のミクロな運動から，マクロな物質の温度の概念がどのように生まれるのか，
気体分子の速度分布，運動エネルギーの総和などに着目して統計力学を学ぶ
運動エネルギーの平均値から内部エネルギーの概念が導入されることを学ぶ。
また，状態方程式について理想気体を超えて，実在期待についても考察する。
(教科書第14章熱，14.3気体分子運動論，14.4ファンデアワールスの状態方程式)


3. 熱力学3　熱とは
「熱」と称されるものが関わる物理現象にはどのようなものがあるのか学び、「熱」と物資とのかかわりあいや「熱」の移動形態なども学ぶ。
(教科書第15章熱力学，15.1熱力学第一法則，15.2理想気体のモル比熱，15.3熱力学の第２法則)


4. 熱力学4　熱力学の第０法則と温度
温度の導入を可能にする前提である熱平衡に関する仮説、状態量や状態変数、示量変数・示強変数、状態方程式など、熱力学を数学的に展開するための概念・用語を学ぶ。
また，不可逆過程の存在，などを概観する
(教科書第15章熱力学，15.1熱力学第一法則，15.2理想気体のモル比熱，15.3熱力学の第２法則)

5. 熱力学5 熱力学の第一法則
熱力学における第一法則の意味を，物理学全般のエネルギー保存として捉えられるようになる。微分形の式の意味と、その積分量として熱力学的過程における変化量を定量的に求められるようになる。
(教科書第15章熱力学，15.1熱力学第一法則，15.2理想気体のモル比熱，15.3熱力学の第２法則)

6. 熱力学6 理想気体の熱力学
理想気体の熱容量、内部エネルギーなどを
・定積過程、・定圧過程、・等温過程、・断熱過程
の代表的な４つの準静的な可逆過程において考察し、熱力学の第一法則の意味を完全に理解する。

教科書第15章熱力学，15.1熱力学第一法則，15.2理想気体のモル比熱，15.3熱力学の第２法則)

7. 熱力学7 熱機関の効率とエントロピー
Carnot熱機関とその効率の議論を学び、クラウジウスの式(等式、不等式)

教科書第15章熱力学，15.1熱力学第一法則，15.2理想気体のモル比熱，15.3熱力学の第２法則)

8. 熱力学8 エントロピーと熱力学の第２法則
エントロピーの導入，不可逆過程の存在，などを概観し、熱力学の第２法則の意味を学ぶ
(教科書第15章熱力学，15.1熱力学第一法則，15.2理想気体のモル比熱，15.3熱力学の第２法則)

9. 熱力学9 エンタルピーと自由エネルギー
状態変数としてエントロピーの導入された熱力学の様子を学ぶ。
エンタルピーや自由エネルギーなど、内部エネルギーとは違ったエネルギーを特徴づける状態量が存在することを学び、それらの応用を知る。


10. 電磁気学1 電場と電位
電荷，電気力など，電気現象の基本要素を学ぶ。さらに，電場による電気現象の見方を学ぶ。次いで，エネルギーの観点から，電気現象をとらえる。電気力が保存力であることから，電気的なポテンシャル（電位）や位置エネルギーについて学ぶ。

(復習)電場の考え方を理解する。電位の定義を理解する。電気力の大きさ，方向などを計算できる。[1時間]


11.電磁気学2 　電位・電流・電気回路

(準備学習)前回の内容を確認する[1時間]

電流の巨視的法則であるオームの法則やジュール熱を，電荷の微視的な力学から理解する。特に，物理学1で学んだ空気抵抗を受けながら運動する物体の力学との関連を意識しながら理解する。

(復習)電流の法則を電荷の微視的な力学により説明する考え方を理解する。また、実験教科書にも類似テーマがあれば、本講義で学習した項目がどのように盛り込まれているか考察することが望ましい[1時間]


12.電磁気学3 電磁気学

(準備学習)前回の内容を確認する[1時間]

電磁気学には、Gaussの法則以外に３つの基本法則があり、電場を求める方程式と磁場を求める方程式が、時間変化に関しては、簡単に分離できない連立方程式になっていること学ぶ。その、一番典型的な例が、電磁波＝光・電波であることを学ぶ。

13.現代物理学1　放射線の数理

放射能とは，放射線とは？
原子より小さい世界，原子核とは，エネルギーの単位，
（教科書第２４章及び第25章，25.1原子核の構成，25.2原子核の結合エネルギー）
放射能の数理，放射性炭素年代測定法，地球を取り巻く宇宙放射線などについて学ぶ
（教科書第25章，25.3原子核の崩壊と放射線，25.4核エネルギー）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
14.現代物理学入門2: ベータ崩壊と素粒子物理学入門

加速器が明らかにする物質の構成要素，クォーク・レプトンやヒグスなどの素粒子が何か，
その間に働く力はどういうものかを学び、放射線の放出を素粒子論的に理解する。
ニュートリノなどに関する素粒子論の最新の話題にふれる
(教科書第25章，25.5素粒子)



15. 到達度評価試験
　　これまで学んだことについて、到達度の評価を行う

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