ModelPhys

目的

理工学部の出身者として常識的な科学(理学,工学)の基本事項を身につける.

授業方法 & 成績評価

成績評価

  • 定期試験で評価する.
  • 期末試験の結果をグループで平均する.
  • 授業中の発問に解答,あるいはまともな質問をしたグループにボーナス点を与える(合計20点ぐらい).
  • 課題をレポート(用紙ModelingPhysQuizSheet.pdf)として提出(2点X12回)ボーナス点とする,試験にはその類題がでる.

動画で提供するポンチ絵の意図

現象を本質的な理解には, 単なる写真のような絵とその説明文では, ほとんど役立ちません. 授業でお見せしているポンチ絵には, 本来の空間では見えない時間軸やポテンシャルエネルギーといった 平面を書いて視覚化しています. そういう見えない軸を考えて現象の本質的な理解を試みるのが物理です. ぜひ,そういった視点での図を描き, その現象を文章で記述するように努力してください.

授業計画

4/8(c1) 原発について

4/15(c2) ケプラーの法則

  • 動画リンク
  • 配布資料
  • 課題
    1. Keplerの第一,第二法則を重力ポテンシャルの図から解説せよ.
      1. 静止衛星の原理とともに論じても良い.
    2. 新幹線で京都から大阪まで移動するときの時間経過をプロットせよ.
     さらにv,a についてもプロットせよ

4/22(c3) ニュートン,

5/6(c4) エンジン

  • 動画
  • 動画リンク
  • 資料
  • 課題:コロニーとエンジン
    • ラグランジュポイントに関するイアン・スチュアートの記述を読み問題に答えよ.
      • ガンダムでサイド5,6などのコロニーが動かないのと理由は同じ ヒント
      • 金星と火星を移動させて地球とともに3連星とする計画がある.どこに置くのが理想かというのも理由は同じ
    • ガソリンエンジンが1サイクルでする仕事は$$W = F \times l = \int_a^b P dV $$ で定義される.図を用いてその意味を解説せよ.

5/13(c5) カルノーサイクル

  • 動画
    • すいません.録画失敗したようです.探したけどダメでした.
  • 資料
  • 課題:エントロピーと逆サイクル
    • エントロピーって何(イメージで適当に書いて)
    • 冷蔵庫の作動原理はカルノーサイクルの逆サイクルと言われます.その意味を考えてください.

5/20(c6) ボルツマンとアルベド

  • 目的
    • ボルツマンの関係 :: 熱って何という考察から始めて,ミクロの統計力学とマクロの熱力学を繋ぐボルツマンの関係を導出します.熱効率に支配されるエネルギー変換に限界があることを知ります.
      • 項目 :: 熱・理想気体, 熱の本質, ボルツマンの関係
    • アルベド :: 伝熱の一種に,輻射という不思議な形態があることを知ります.それが地球温暖化を理解する鍵になることを見ていきます.
      • 項目 :: 赤外線輻射,アルベド
  • 資料
  • 動画リンク

5/27(c7) プランクの法則の導出と透明・不透明

  • 目的
    • ステファンボルツマンの関係式の基礎となるプランクの法則を統計物理から導出し,光の性質を考える.
  • 課題
    • 地表の温度 :: 地表の温度をアルベドから導け.
    • 温室との対比 :: そのモデルを温室(ビニールハウス)との一致点を挙げて説明せよ.
  • 資料・動画リンク

6/3(c8) 透明不透明と状態図

  • 目的
    • 物質の透明不透明が粒界に支配されていることを知り,
    • その理解のために状態図の見方を習得する.
  • 課題
    • 物質(誘電体)の透明・不透明の原因は何か?
    • ミョウバン(NaClの代わり)は高温で水によく溶ける.これを低温に持ってくることによって単結晶が作られる.その原理を状態図を使って説明せよ.
  • 資料・動画リンク

6/10(c9) モーター

  • 目的
    • エネルギーで現在最も大事な電気の性質を見ていきます.逆サイクルの典型例である三相交流による電動,発電の構造を知ります.
  • 課題
  1. 三相交流により発生する力の様子を描きなさい
  2. プリウスの動作原理を次の図を使って解説しなさい
  • 項目
    • 電気抵抗,三相交流,モーター(電動機, 発動機),発電機(ジェネレーター), prius,
  • 資料・動画リンク

6/17(c10) 原子系とブードゥー反応

  • 目的
    • 前期量子論から量子力学を知り,太陽系と原子系のメタファを理解する.
    • 化学結合の基本と,イオン性,共有性の起源をしる
  • 課題
    • 太陽系と原子系の模式図(ポンチ絵)を描いて,その類似点と相違点を記述せよ.
    • 鉄鉱石の還元に使われるブードゥー反応に伴う生成熱を求めよ.
  • 資料・動画リンク

6/24(c11) インバータとスイッチングデバイス

  • 目的
    • 半導体デバイスの典型例であるPN接合の動作原理を理解する.
    • その,応用例としてインバータとスイッチングデバイスについて考える
  • 課題
    • 図のスイッチを操作することで直流から交流を作る原理を解説しなさい.
    • スイッチは弱電の制御信号から強電(電圧が高い)を制御するデバイスです.このデバイスに要求される性能を列挙しなさい.
  • 資料・動画リンク

7/1(c12) GaN-HEMT

  • 目的
    • GaN-HEMTの原理を理解し,電気制御に関する知識を習得する
  • 課題
    • 金属を流れる電子の移動速度を求めよ.
    • 電灯が付く原理,電流が一定になる原理を解説せよ.
  • 資料

7/8(c13) 大気の透明・不透明,欠陥エネルギー

  • 目的
    • 大気は紫外に透明,赤外に不透明と言われるがなぜか?
    • 界面近傍の粒子の振る舞い
    • 固体のバネモデル, 欠陥エネルギー, 自由エネルギー
  • 課題
  • 資料

7/15(c14) 界面エネルギー,自由エネルギー,熱平衡モンテカルロ


    

過去の授業資料


  • source "/Users/bob/Desktop/lecture_22s/ModelPhys/lectures"
Last modified:2022/08/26 15:00:03
Keyword(s):
References:[LectureNotes] [ModelPhys]