物理入門

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第1回目の復習
1. 本講義の意義
物理は{ 自然の仕組みを研究
現代の科学技術の色々な分野に応用
物理学は工学部の専門科目の基礎を担っている
2. 授業の進め方
講義,復習,小テスト
3. 単位取得の判定方法
出席点,小テスト,(中間試験),期末試験,レポート
4. 自己紹介
専門分野:趣味など
第2回目(第1章)復習
1.1 測定
対象物(自然)を人間の感覚
(視覚,聴覚,嗅覚,触覚,触
覚)で判断すると錯覚が生じ
る場合がある。
一例:図1.1における錯視
(次の頁に記述)
器械を用いると
精・正確に判断
できる
1.3 基本単位
長さ: m
質量: kg
時間: s
電流: A
温度: K
光度: cd
物質の量:
メートル
キログラム <MKS単位系>
セカンド
<MKSA単位系>
アンペア
ケルビン
<SI単位系>
カンデラ
mol モル
1. 誘導量
基本単位を使って導かれる物理量の単位
一例:密度,(面積,体積,速さなど)
第3回目の復習(第2章)
「第2章 運動」について以下のことを学んだ。
B
2.1 位置と経路
距離,ベクトルの定義:
・ 基準点Aと位置Bに至る経路
は2本ある。距離とは,実際に走っ
た経路の長さである。
経路2
A
・ 基準点Aと位置B間を直線で結びさらに方向(向き)を
加えたものを位置(変位)ベクトルと呼ぶ。即ちベクトルと
は大きさと方向(向き)をもった物理量である。スカラー量
とは大きさのみを持った物理量である。
経路1
2.2 速さと速度
全移動距離 Δd d
平均の速さ
=
=
=
所要時間 Δt t
・瞬間の速さは上式で分母⊿t を小さくすると,求められる。
・直線運動を例にして,速度はベクトル量,速さはスカラー
量であることを学ぶ。
A(基準点)
B(位置)
x
注) 直線運動では距離と位置
の大きさが一致
t
位置x と時間t との関係
2.3 加速度
速度の変化
Δv
加速度=
=
変化に必要な時間 Δt
・加速度はベクトル量であり,速度が増加している場合,
減少している場合に適用されることを学んだ。
・
第4回目の復習(第2章)
位置ベクトル,速度ベクトルと加速度ベクトルとの関係を整理した。
x
位置x と時間t との関係
t
v
瞬間の速度
v
と時間t との関係
Δx
v = lim
Δt →0 Δt
t
瞬間の加速度 α と時間t との関係
α
t
Δv
α = lim
Δt →0 Δt
2.4 放体の運動
X方向とy方向の運動を組み合わせた運動である。
同時にボールを垂直方向に自由落下及び水平方向に
投げた場合,ボールは,同一時刻には同一高さに位置する。
第5回目の復習(第3章 力と運動)
3.1 力とニュートンの運動の第1法則
釣り合いを破る外力が
作用しない限り,物体は
静止状態
あるいは
等速直線運動を持続する。
第1法則を別名,慣性の法則と
呼んでいる。
3.2 ニュートンの運動の第2法則
第1法則を数式化する。

* 加速度(即ち速度の変化)α は

 
α ∝F
力 F に 比例する。

* 加速度(即ち速度の変化) α は

質量 m に反比例する。 α ∝ 1
m
以上の2式から

α
比例常数を1とすると,

F
∝
m

 F
α=
m
力の単位: [kg]×[m/ s2]=[N]
3.4 ニュートンの運動の第3法則
あらゆる作用に対して,必ずそれと
同じ大きさで逆向きの反作用が存
在する。
例) ロケット,ボート/岸辺,
机表面に加えた力
自動車で見られるニュートンの運動法則
第1法則
第2法則
第3法則
第6回目の授業(第3章 力と運
動)
3.3 万有引力の法則
A)あらゆる粒子は互いに引き合う。

その力 F は,個々の質量をm1,m2,
それらの距離をrとすると,
m1m2
F G 2
r
Gは万有引力常数と呼ばれる。
Gと重力加速度 g と関係がある。
3.5 運動量と力積
第2法則を変形すると,





v mFv p
F  m  m


t
t
t
(1)
となる。ここで 
 とした。
p  mv
を運動量と呼ぶ。

p
上式から力
 が働かないと運動量  は
p
一定であることがわかる。また(1)式か
F
ら,


Ft  p
(2)
が成り立つ。左辺を力積と呼ぶ。
注)新垣投手のボールを受けるキャチャー
のミットの動きを(2)式で説明できる。
「第1章 測定」練習問題
1.国際単位系(SI)では,質量,長さおよび時間の基本単位は何か.
2.密度を表す誘導単位は国際単位系を使って表すと,どのように表されるか.
3.1kgの鉄と,1kgの綿は,
a)密度で比較すると,どちらが大きいか.
b)質量で比較すると,どのようになるか.
4.同体積の水より1.5倍重いある液体がある.この液体の密度はいくらか.
5.地質学者が岩を発見して質量を測定したら2200gだった.次にその岩を水のいっぱい
入った容器に浸して,こぼれた水の量から体積を測定したら,430cm3だった.この岩の平
均密度はいくらか.
「第2章 運動」練習問題-1
第2章 運動
1.
ベクトル量は(a)向き,(b)大きさ,(c)向きと大きさ,を持つ.
2.
スカラー量は,(a)向き,(b)大きさ,(c)向きと大きさ,を持つ.
3.
速さ,速度,加速度,位置(変位)のうちベクトル量はどれか.
4.物体の変位の大きさは必ず(a)移動距離より大きい,(b)移動距離に等しい,(c)移動距離より小さい,(d)移動距離以下である.
3.m/sは(a)速さ,(b)平均速度,(c)瞬間速度,(d)以上のすべての単位である.
4.
x-対-tのグラフで,直線の傾きの大きさは,何を表すか.
5.x-対-tのグラフで,直線の傾きが負(右下がり)ならば,物体はどのような動きを行っているか.
7.加速度とは(a)速さ,(b)速度,(c)変位,(d)移動距離,の時間的変化の割合である.
8.加速度の国際単位系SI単位は(a)m/s2,(b)m2/s,(c)m/s,(d)m・s/sである.
「第2章 運動」練習問題-2
第2章 運動
<放体の運動>
1.
空気抵抗がない場合,仰角30度でボールを投げた
ときの距離は,次のどの仰角と到達距離は等しいか。
(a) 20度 ,(b)40度,(c) 60度
2 放体の到達距離は,何によって決まるか。空気抵抗
を無視するとする。
(a)仰角,(b)y方向の初速度,
(c)x方向の初速度,d)水平方向となす角度
「第3章 力と運動」練習問題-1
1.釣り合っていない力を必要とするのは次のどれか。
(a)静止,(b)等速度運動,(c)加速運動,(d)以上のすべて.
2.自動車のシートベルトの原理を,ニュートンの運動の第1法則を用いて説明せよ。
3.速度の変化は,(a)慣性によって生じる,(b)釣り合っていない力によって生じる,
(c) 正味の力がゼロのときの生じる。
4.物体の加速度は,
(
ア )に逆比例し,(
イ
)に比例する。
5. ニュートンの第3法則を使って,ロケット打ち上げの原理を述べよ。
6.机の表面をコブシでたたいた。このとき,コブシに痛みが生じる。これらを第3法則を使って
説明せよ。
第1回目(第1章) 小テスト
水の密度を実験的に求める.
(A) 先ず水の質量を以下の手順で求める.
1) 容器の質量は,( ア )gである.
2) 容器内に水を満杯にした状態における全質量は
( イ )gである.ゆえに水のみの質量は( ウ )gである.
(B) 次に,水を満杯にした容器の体積を以下の測定を
通して求める.ただし,容器の形状を円柱に近似する.
1) 容器の直径は( エ )cmである.
2) 容器の高さは( オ )cmである.したがって
容器の体積は( カ )cm3である.
(C) 以上A,Bの実験から,水の密度は,いくらか.
単位としてg/cm3 , kg/m3を使って表せ.
第2回目(第1章) 小テスト
1) 国際単位系(SI)では,質量,長さおよび時間の基本
単位は何か。
2) 以下に示す物理量を国際単位系を使って表せ。
a) 面積
b) 体積
3) ベクトル量は(
スカラー量は(
c) 密度
d) 速さ
)と(
)で表される。一方,
)のみで表される。
第3回目(第2章) 小テスト
1) x-対-tのグラフで,直線の傾きの大きさは,
何を表すか。
2)x-対-tのグラフで,直線の傾きが負(右下がり)
ならば,物体はどのような動きを行っているか。
3)加速度とは(a)速さ,(b)速度,(c)変位,(d)移動距離
の時間的変化の割合である。
4)
加速度を国際単位系(SI単位系)で表せ。
第4回目(第2章) 小テスト
1) 水平でまっすぐなトラック上で,静止状態からスタート
したA君は,4s後に10m/sの速度に加速した状態となっ
た。このとき, SI単位系を使って,A君の平均の加速度を求め。
2) 時速180km/h.で走っていたレーシングカーが,パラシュ
ートを出して一様に減速し,4s後に時速36km/h.となった。
SI単位系を使って,このときの平均の加速度を求め。

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