物理学１

Physics 1

9913A1H

13ONPHY101

満田　節生

Setsuo Mitsuda

2026年度前期

2026年度

①First semester

水曜2限

Wednesday 3rd Period

理学部第一部　化学科

Department of Chemistry, Faculty of Science Division Ⅰ

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

現代の科学技術の基盤をなしている物理学の知識を学ぶことは「化学」をより深く学ぶためにとても重要ですが、同時に原理原則に立ち戻り問題を解決できる理論的思考方法を養成できる観点からも学ぶべき意義があります。物理学１で学ぶ「力学」は物理学の中で最初に成立した分野であり、原理となる（微分方程式の形をとる）ニュートンの運動方程式から出発して、身近な力学現象を説明することができ、最初に学ぶのに適した分野と言えます。

「力学における数式的な取り扱いとその物理的考え方の基本を理解すること」を目的としますが、同時に、扱う現象のイメージを得ることも目標とします。物理学1は本学科のディプロマポリシーに定める「化学を基盤として物質、環境、生命など、我々を取り巻く世界の諸現象を解明し、諸問題を解決していく基礎的素養を有している」を実現するための科目となります。

力学は、通常、「質点の運動」→「質点系と剛体の運動」の順に取り扱いますが、本講義では「質点の運動」に限ります。「質点の運動」ではモンキーハンティングのような比較的簡単な放物運動から始まり、惑星のケプラー運動までを扱いますが、ビリヤードの引き玉・押しを理解するための「剛体」は扱わず、自転している地球上で働く（みかけの力である）コリオリの力の理解に必要な回転座標系も扱いません。一方で「振動・波動」と呼ばれる分野で現れる、共鳴現象や連成振動、さらには連成振動の極限として連続媒質における1次元波動の典型例の弦の振動までを扱います。扱う現象については、web空間に公開されている（MIT-OCWなどの）動画や（PHETなどの）物理シミュレーションを可能な限り活用して、(i) 現象に対するイメージを持ってもらうこと、(ii)（微分方程式の形をとる）運動方程式だけから全てが説明できるという「力学」の持つ数理構造を理解することを到達目標にします。

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/​​​

化学科授業科目表にあるように、物理学１は、基幹基礎に分類される必修科目ですが、入試科目に指定がないこともあり、学生の物理に対する習熟度のスペクトルがかなり広いという現状があります。それを踏まえて、高校物理で出てくる用語とその概念を既習のものとはせず、その復習から始めるようにして丁寧に説明するようにします。悪く言えば高校物理は「様々な物理量(物理概念)の定義とそれらを関係付ける公式の集まり」に留まっている場合があり、（そのような学習しかしてこなかった）既習の人も初心に返って学んでほしいと思います。ただし高校物理では御法度であった「高校数学」で既習の微積分を使って、基本法則から現象を説明する過程に基軸をおきます。よって、物理学１では力学分野における網羅的な知識を必ずしも与えることはできませんが、２年生以降の化学科の物理化学系の専門コア科目へのつながりがある基本的な題材を選ぶことで、学習意欲を持たせることにも留意します。

授業は本学の学習管理システム（Learning Management System）であるLETUSコースに沿って行い、すべての連絡はLETUSコース経由の同報メールで行いますので「見てませんでした、知りませんでした」ということのないようにしてください。なお、新しく導入する必要のある数学については、（その必要性が必ずしも把握出来ない）最初にまとめて学習してから物理を展開する形ではなく、必要性が生じた際に対応する数学を入れ子にして学ぶスタイルで行います。ただし、その数学コンテンツについては、いつでも振り返られるように関連資料を、まとめて別立てのLETUSコース「物理学１力学の数学保存庫」に格納するようにします。

課題に対する作文　Essay／反転授業　Flipped classroom

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課題提出による「形成的評価(40%)」に加えて、試験日を指定した対面モードによる到達度評価テストによる「総括的評価(60%)」を合わせて行い、総合的に成績評価をします。

・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

N

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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/

特に参考書は指定しませんが

・Lectures by Walter Lewin（https://www.youtube.com/playlist?list=PLyQSN7X0ro203puVhQsmCj9qhlFQ-As8e）

・Interactive Simulations for Science and Math
https://phet.colorado.edu/en/simulations/filter?subjects=motion,work-energy-and-power,sound-and-waves&type=html

などを活用して、扱う現象のイメージを与えることにも留意します。

「すべての履修学生に対して、半数以上の授業回を対面で受講することを求める」

1回目　授業の進め方について,1次元の運動の記述
速さ（平均の速さと瞬間の速さ）、微分・積分による「変位↔速度↔加速度」、重力加速度のもとでの落下運動」

2回目　3次元の運動の記述
放物運動（ボールキャッチャーとモンキーハンティング）
[数学保管庫から]物理量の単位と次元・「スカラーとベクトル、ベクトルの内積、ベクトルの微分」

3回目 円運動・ニュートンの運動の3法則
周期、角振動数、円柱座標（ｓ,φ,ｚ）における速度・加速度、向心加速度
運動の3法則(i)慣性の法則、(ii)運動方程式（慣性質量）、(iii)作用・反作用の法則
[数学保管庫から]座標系（デカルト座標・円柱座標）

4回目 空気抵抗がある場合の落下運動
速度に比例した空気抵抗を受ける物体の落下運動（微分方程式と方向場、次元解析、漸近評価）
[数学保管庫から]微分方程式

5回目 復元力のもとでの運動（調和振動）
①定性的に微分方程式を読む、② エネルギー積分の方法で微分方程式を解く、③ 連立一階微分方程式の方法で微分方程式を解く、
[数学保管庫から]オイラーの公式

6回目　力学的エネルギー保存則とポテンシャルエネルギーによる運動の表現
　　
7回目　惑星の運動（その1）
運動量保存則とロケットの推進力、ケプラーの３法則
[数学保管庫から] 2次曲線

8回目　惑星の運動（その2）
角運動量の保存則と力学的エネルギーの保存則のもとで、１次元有効ポテンシャルを用いて、さらにケプラー運動の理解を深める

9回目  調和振動子（復元力のもとでの周期運動）
x2ポテンシャルの特殊性としての等時性、いろいろな系における調和振動（LC電気回路、ロトカ・ボルテラ方程式、etc）

10回目  減衰振動子（調和振動子が 速度に比例する抵抗力を受ける場合）
減衰振動、臨界減衰、過減衰と物理的な例（ドアクローザー, etc）
[数学保管庫から] 微分方程式

11回目  強制振動（減衰振動子に周期的な外力が働く場合）
定常解における「振幅」と「位相の遅れ」の外力角振動数ω依存性、除振台の設計、ラジオの選局機構、電子レンジ

12回目  連成振動(複数の調和振動子が結合した力学系)
バネで結ばれた２個の調和振動子のノーマルモード、CO2分子の振動モード

13回目  弦の振動
連成振動の極限としての連続媒質における波動
[K・OK他学科実験]の題目「弦の振動」から

14回目　物理学１のまとめ

15回目  達成度を達成度評価により確認し、振り返る。

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・Interactive Simulations for Science and Math　(https://phet.colorado.edu/en/simulations/browse)
にあるコンテンツを各自のＰＣの上で授業中に動かしてもらいます。

・授業者により準備されるMathematicaコンテンツを、WOLFRAM-PLAYERにより学生自身のデバイス上で再生して「動かせるグラフ」を活用します。

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