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物理学概論１

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令和２年度以降入学者 物理学概論１
教員名 石田浩
単位数    2 学年 1～4 開講区分 文理学部
科目群 物理学科
学期 前期 履修区分 必修
授業形態 対面授業
Canvas LMSコースID・コース名称 R00825A02　2024物理学概論１（石田浩・前・火2）
授業概要 「力学」や「電磁気学」などの物理学科の学科専門科目を学ぶために必要な基礎知識を学修する。
授業のねらい・到達目標 （授業のねらい）
物理の各分野の専門科目を学ぶ上で必要となる基礎知識を身につける。

（到達目標）
・べき乗を使って大きな数・小さな数を自由に計算できる。（A-3-1）
・物理量の単位とその定義を理解し説明できる。（A-3-1）
・物理量の次元を理解し次元解析に応用できる。（A-3-1）
・確率分布を理解し、平均・分散を計算して、測定誤差を推定できる。（A-3-1）
・物事を科学的根拠に基づいて批判的・論理的に考察し、既存の知識にとらわれることなく、その物事の本質を捉えることができる。（A-3-1）
・物事を論理的に理解し、説明することができる(A-3-1)。（A-3-1）

この科目は文理学部（学士（理学））のDP3及びCP3に対応しています。
授業の形式 講義
授業の方法 毎回、教室でのパワーポイントと板書による対面授業を行う。場合によっては、オンデマンド型（授業テキストおよび音声ファイル配信）の遠隔授業を組み合わせる。
また、毎回、授業内容についての小テストを実施する。教室で授業時間が足りない場合は、小テストはCanvas LMS上で実施する。
小テストの解答例など、フィードバックの方法は授業中に説明する。本授業の事前・事後学習は、各２時間の学習を目安とします。
履修条件 ・物理学科以外の学生の履修を認めない。
・他学科の教職課程の学生は、別時間に開講している教職科目の「物理学概論１」を履修すること。
授業計画
1 物理学とはなにか、物理法則とはなにか、物理と他の科学との違いは何かについて考え学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】高校「物理」の教科書を読み返し、物理学とは何か、自分の考えをまとめておく。 （2時間）
【事後学習】物理学の特色、他分野の学問との違いは何かを確認する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
2 べき乗を用いた大きな数の計算を学ぶ。数を読み書きするとき、日本語では万進法、欧米言語では千進法(long scaleまたは short scale)が使われていることを確認する。（A-3-1）
【事前学習】普段使っている大きな数の数え方について、その仕組みをもう一度考える。 （2時間）
【事後学習】授業中の演習問題を復習する。自分で同様の演習問題を多数作成して解く。 （2時間）
【授業形態】対面授業
3 べき乗による小さな数の計算を学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】普段使っている小さな数の数え方について、その仕組みをもう一度考えておく。 （2時間）
【事後学習】演習課題の復習をして、わからない点があればテキストで復習する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
4 自然科学で使われる大きな数を表す名称（キロk, メガM, ギガGなど）、小さな数を表すの名称（ミリm, ナノn, ピコpなど）について学ぶ。また、キロ、メガ、ミリ、ナノ・・を使った数値の掛け算、割り算についての演習を行う。（A-3-1）
【事前学習】第2回、第3回の講義内容を復習して、べき乗の計算を理解しておくこと。 （2時間）
【事後学習】授業中の演習問題を復習する。自分で同様の演習問題を多数作成して解く。 （2時間）
【授業形態】対面授業
5 SI単位と国際度量衡総会についてその歴史と成り立ちを学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】SI単位についてWEB等で調べて予習をしておく。 （2時間）
【事後学習】演習課題の復習をして、わからない点があればテキストで復習する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
6 長さ、時間の単位について学ぶ。1mが真空中の光速を用いて定義されていること、1秒がCs原子時計を用いて定義されていること学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】１m、1秒の定義の歴史的変遷について調べる。 （2時間）
【事後学習】授業の内容を復習して、日本の標準時間がどのように決められているかを調べる。 （2時間）
【授業形態】対面授業
7 質量の単位について学ぶ。2019年に採用されたプランク定数 h を用いた1kgの単位について学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】１kgの定義の歴史的変遷について調べる。 （2時間）
【事後学習】第6回、第7回授業の内容をまとめてSI単位について説明できるようにする。 （2時間）
【授業形態】対面授業
8 MKSA単位系における物理量の「次元」の表し方を学ぶ。力学や電磁気学に現れるさまざまな物理量についてその次元をL(長さ), M(質量), T(時間), A(電流)のべき乗で表すことを学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】高校で学んだ「力学」に現れる物理量の単位を表にしてまとめておく。 （2時間）
【事後学習】授業中に出された物理量の次元に関する演習問題を解く。 （2時間）
【授業形態】対面授業
9 物理法則を方程式で表す際に「次元」の考え方が有用であることを学ぶ。次元解析を用いて、物理量のべき乗の指数が決められること学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】高校で学んだ「電磁気学」に現れる物理量の単位を表にしてまとめておく。 （2時間）
【事後学習】授業中に出された物理量の次元に関する演習問題を解く。 （2時間）
【授業形態】対面授業
10 次元解析の応用として、高エネルギー物理学で用いられる“自然単位系”について学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】第8回、第9回の講義内容を復習して、小テストの準備をする。 （2時間）
【事後学習】自然単位の復習をして、授業で扱わなかった他の物理量につても自然単位とMKSA単位との関係を考える。 （2時間）
【授業形態】対面授業
11 実験データの整理方法を学ぶ（１）。有限個の数値データが与えられたとき、そのデータの代表値（平均、中央値、最頻値）とデータの広がりを表す量（平均偏差や標準偏差）の計算について学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】物理基礎実験１の「誤差」について復習しておく。 （2時間）
【事後学習】授業中に与えられたサンプルデータについて平均や分散を計算する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
12 実験データの整理方法を学ぶ（２）。実験データは、さまざまな原因でゆらぎを含み“確率変数”とみなすことができる。離散分布、連続分布の確率変数について、その期待値、分散、標準偏差の定義を学ぶ。確率変数に関する演習課題を課す。（A-3-1）
【事前学習】高校数学で学んだ確率の計算法について復習する。順列や組合せの計算を復習しておく。 （2時間）
【事後学習】授業で与えられた確率分布について、期待値や標準偏差を計算する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
13 実験データの整理方法を学ぶ（３）。有限回数の実験データから、測定される物理量（確率変数）の平均、標準偏差（誤差）を推定する方法を学ぶ。正規分布、χ2分布、ｔ分布について学ぶ。（A-3-1）
【事前学習】第12回の演習課題についてもう一度計算して結果を確かめる。 （2時間）
【事後学習】第１～第13回までの授業の内容を復習して期末テストに備える。 （2時間）
【授業形態】対面授業
14 これまでの授業内容を振りかえり、期末テストを実施する。(A-3-1)
【事前学習】これまでの授業内容について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】解けなかった問題について、もう一度テキストを参照して解きなおすこと。 （2時間）
【授業形態】対面授業
15 まとめ（これまでの復習・解説を行い，講義内容の理解を深める）。（A-3-1）
【事前学習】物理学概論１のテキストをまとめたノートを整理して、後期授業に備える。 （2時間）
【事後学習】事前学習の続きを行う。 （2時間）
【授業形態】対面授業
その他
教科書 なし
参考書 なし
成績評価の方法及び基準 授業内テスト:第1～13回授業におけるテストおよび期末テストの点数を総合して評価する。(100%)
テストの受験回数が十分でない場合には成績評価の対象としない。
オフィスアワー 授業内容に関する質問はメールまたは学科事務室で受け付けます。後者の場合は、時間を調整して、物理学科図書室または本館1階で応対します。

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