基礎物理学演習第二

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物理学の演習問題の解答を作成することを通して, 以下の事柄の日本語による習得を目的としています.
- 専門用語,
- 解答に関する戦略,
- 論理,
- 技能(特に数学).
なお、前期は力学と波動について、後期は熱学と電磁気学について演習を行います.

The aim is to learn the following in Japanese through the
preparation of answers to physics exercises.
- terminology,
- Strategies for solutions,
- Logic,
- Problem-solving skills (especially in mathematics).

The first semester includes exercises on mechanics and waves,
while the second semester covers thermodynamics and
electromagnetism.

基礎物理学演習第一
Elementary Exercise in Physics I

なし。

教科書:学部授業である「物理学概論」の教科書と演習書
参考書
[1] Raymond A. Serway 「科学者と技術者のための物理学III 電磁気学」(学術図書出版社)
[2] 横山順一「電磁気学」講談社基礎物理学シリーズ4(講談社)
[3] 二宮、並木、杉山「物理のための数学入門」講談社基礎物理学シリーズ10(講談社)

Textbooks: Textbooks and exercise books for the undergraduate course "Physics".
Reference books:
[1] Raymond A. Serway, "Physics for Scientists and Engineers III: Electromagnetism" (Gakujutsu Tosho Shuppansha)
[2] Junichi Yokoyama, "Electromagnetism," Kodansha Fundamental Physics Series 4 (Kodansha)
[3] Ninomiya, Namiki, Sugiyama, "Introduction to Mathematics for Physics," Kodansha Fundamental Physics Series 10 (Kodansha)

* 熱力学
** 第一回 状態量と関連する物理量
- 状態量の定義
- 微分によって得られる物理量と互いの関係
- 状態方程式
** 第二回 熱力学第一法則
- 内部エネルギー
- 熱量と仕事
- 熱の仕事当量
- 系がする仕事
** 第三回 熱容量と比熱
- 熱容量、比熱
- 定積熱容量
- 定圧熱容量
** 第四回 熱的な過程
- P - V 図
- 準静的過程
- 循環過程
- 断熱過程
- 定積過程
- 定圧過程
- 等温過程
- 断熱自由膨張
** 第五回 熱機関, 熱効率
- カルノーサイクル(断熱・等温サイクル)
- 等温・定積サイクルのする仕事
- 熱機関と熱効率
** 第六回 熱力学第二法則
- トムソンの原理とクラウジウスの原理
- 二つの原理の同等性
- カルノーの定理
** 第七回 エントロピー
- 熱機関のエントロピー
- 理想気体のエントロピー
- エントロピーを用いた第二法則の表現
* 電磁気学
** 第八回 クーロンの法則と電場
- 電荷
- 電場
- 重ね合わせの原理
- 電気力線
- 電場に関する問題の解法戦略
** 第九回 ガウスの法則 (電気力線束およびガウスの法則の意味)
- 電気力線束
- ガウスの法則
- ガウスの法則を用いる問題の解法戦略
- 球対称な電荷分布がつくる電場
** 第十回 ガウスの法則II(ガウスの法則を利用して電場を求める)
- 軸対称な電荷分布がつくる電場
- 平面上に分布する電荷がつくる電場
** 第十一回 電位(静電ポテンシャル)
- 試験電荷が移動する際の位置エネルギー変化
- 静電場、電位、電位差
- 等電位面
- 電荷による電気的ポテンシャルエネルギー
- 電位を用いた問題の問題解法戦略
** 第十二回 電流と磁場
- 荷電粒子に作用する磁気力
- ビオ・サバールの法則
** 第十三回 アンペールの法則 I
- 磁力線
- アンペールの法則
- 同軸電流のつくる磁場
** 第十四回 アンペールの法則 II
- トロイド(ドーナツ状)コイルの作る磁場
- ソレノイド(螺旋状)コイルの作る磁場
** 第十五回 到達度確認テスト、解説
[進め方] 下記のように授業を進める;
1) その回のテーマに関する解説,
2) 教員による例題の解答・解説,
3) 受講者による問題解答,
4) 教員による解答の講評.

* Thermodynamics
** 1 State quantities (or functions) of thermodynamics and related physical quantities
- Definition of state quantity
- State quantities obtained by differentiation and their relation to each other
- Equation of state
** 2 First law of thermodynamics
- Internal energy
- Work and heat
- Mechanical equivalent of heat
- The work done by the system
** 3 Heat capacity and specific heat
- Heat capacity, specific heat
- Heat capacity at constant volume
- Heat capacity at constant pressure
** 4 Thermal process
- p-V diagram
- Quasi-static process
- Cyclic process
- Adiabatic proces
- Isochoric process (change at constant volume)
- Isobaric process (change at constant pressure)
- Isothermal processes
- Adiabatic free expansion
** 5 Heat engine, thermal efficiency
- Carnot cycle (adiabatic and isothermal cycle)
- Work done by isothermal and constant volume cycles
- Heat engine and thermal efficiency
** 6 Second law of thermodynamics
- Thomson's principle and Clausius' principle
- Equivalence of the two principles
- Carnot's theorem
** 7 Entropy
- Entropy of heat engine
- Entropy of ideal gas
- Representation of the second law using entropy
* Electromagnetism
** 8 Coulomb's law and electric field
- Electric charge
- Electric field
- Superposition principle of electric field
- Lines of electric force
- Strategies for solving problems related to electric fields
** 9 Gauss's Law (Meaning of electrical flux and Gauss's Law) I
- Electrical flux
- Gauss's law
- Solutions strategies for problems using Gauss's law
- Electric field created by spherically symmetric charge distribution
** 10 Gauss's law II (Finding electric field using Gauss's law)
- Electric field created by axisymmetric charge distribution
- Electric field created by charge distribution on a plane
** 11 Electric potential (electrostatic potential)
- Potential energy change in the movement of the test charge
- Electrostatic field, electric potential, potential difference
- Equipotential surfaces
- Electric potential energy due to charge
- Problem solving strategies for problems with potential
** 12 Currents and magnetic fields
- Magnetic forces acting on charged particles
- Bio-Savart's law
** 13 Ampere's law I
- Magnetic lines of force
- Ampere's law
- Magnetic field created by coaxial current
** 14 Ampere's law II
- Magnetic field created by a toroidal (doughnut-shaped) coil
- Magnetic field created by solenoidal (spiral) coils
** 15 Achievement Test, Explanation

The class will be conducted as follows:
1) Explanation of the theme of the session,
2) Answers and explanations of example problems by the teacher,
3) Answers to problems by students,
4) Critique of the answers by the teacher.

まず, 学域授業である物理学概論の復習を行なうこと.理解できない時には,
すぐに担当教員や本授業教員に質問すること.

First, review the undergraduate course 'Physics'. If you do not understand
something, ask your lecturer or the lecturer of this course
immediately.

[成績評価法]
授業中に解いた問題60%+期末試験40%。
[最低達成基準]
すじみちをたてて、力学に関する質問がおこなえるようになること。

[Grading system]
Problems solved in class 60% + final exam 40%.
[Minimum Achievement Criteria]
To be able to ask questions about mechanics in a logical way.

火〜金の昼休み木・金曜日4, 5限. 他の時間でも都合がつけば相談に応じます.
Tuesdays to Fridays at lunchtime, Thursdays and Fridays in the 4th
and 5th period. Other times can be arranged to suit.

この演習をとおして、(1)物理と数学がとてもいい友達であること、(2)筋道をたててはなすことの大切さを知ってもらいたい。
Through this exercise I hope you will learn the importance of (1)
Physics and mathematics are good friends and (2) to explain things
logically.

なし。
None.