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.

試験の注意事項

  • 期末試験の結果をグループで平均する.
  • ノート,教科書,参考書,辞書などアナログな資料はなんでも持ち込み可ですが,
  • PC, 電子辞書, iPadなどのデジタル製品は持ち込み不可

動画で提供するポンチ絵の意図

現象の本質的な理解には,

  • 単なる写真のような絵

だけでは,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

4/09(d1) 原発について

4/16(d2) ケプラーの法則

  • 目的 : 力学の基本は等高線図であることを学び,ポテンシャルによって世界が支配されている感覚を身につけます.
  • 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し,その概形を定性的に解説せよ.
  • リンク

4/23(d3) ガソリンエンジン

  • 目的:Keplerの法則を示すポンチ絵から始めて,静止衛星の原理を説明しました.エネルギーが積分から導かれることを示し,ガソリンエンジンの一サイクルでの力と体積の関係から見つけ出すことができるかを問います.
  • 課題
    1. 静止衛星が静止する理屈をポテンシャル曲面の横図を用いて解説せよ.
    2. ガソリンエンジンが一サイクルでする仕事は$ W = F \cdot l $で定義される.圧力と体積の関係を示した図を用いて解説せよ.
  • リンク

4/30(d4) カルノーサイクル

  • 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.
  • 動画20240430

5/07(d5) ボルツマン

  • 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
  • 課題 :
    • 図は冷凍機(冷蔵庫)の動作原理を解説した模式的なT-S図と部品構成である.作動流体(冷媒)の物性(状態)変化を説明する表の対応するサイクル番号と部品名を答えよ.
    • ボルツマンのエントロピーの導出から熱と乱雑さの関係を考察せよ.
  • リンク

5/14(d6) アルベド,温室再訪

  • 目的
    • 冷凍機の原理を理解する
    • 大気がある場合とない場合で地表温度がなぜ違うかを理解する.
  • 課題
    • 地表の温度 :: アルベドを使った単純な放射モデルから大気のない地球と,ある地球の表面温度を算出し,その違いの本質を説明せよ.
    • 温室との対比 :: 大気のある地球と温室(ビニールハウス)はよく似た構造です.その一致点と相違点を列挙して説明しなさい.
  • 資料

5/21(d7) プランクとアルベド

  • 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.
  • 資料

5/28(d8) 前期量子論と分子

  • 目的
    • 旧来の物理で別々に考えられていた波と粒子の両方の性質を備えた物質波の成立をみます.
    • 太陽系と原子系の類似点と相違点を知ります.
  • 課題
    • ポテンシャル,電子分布を示す模式図はどのような分子・固体のモデルか答えよ.また,その特徴を出来るだけ多く述べよ.
    • アインシュタインの光量子仮説を模式図を用いて説明せよ.
  • 資料・動画リンク

6/04(d9) 光電効果のEinstein模型とBoudour反応の生成熱

  • 課題
    • アインシュタインの光量子仮説を模式図を用いて説明せよ.
    • 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

6/11(d10) 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
    • プリウスの動作原理を次の図を使って解説しなさい.
    • 電子レンジはアラゴーの円盤と同じく,電磁誘導に従っています.図を使って解説しなさい.
  • 項目
    • 電気抵抗,三相交流,直流モーター(電動機, 発動機),発電機(ジェネレーター), Prius,
  • 資料・動画リンク

6/18(d11) 電流,三相交流により発生する力の様子を描きなさい

  • 学ぶこと
    • 誘電率,分子の赤外活性
    • 電流の速さ
    • 三相交流
  • 課題
    • 電子が銅線の中で動く速度はどれぐらいか?
      • 数値で計算してください.
      • その結果に基づいて,スイッチを入れた瞬間に電灯がつく原理を解説せよ.
    • 三相交流により発生する力の様子を描きなさい
  • 資料・動画リンク

6/25(d12):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

7/02(d13):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

7/09(d14) まとめ

  • エネルギー変換
  • 物理におけるポンチ絵
  • 授業めも,
  1. - 動画

    

過去問( ModelingPhysExams )

過去の授業資料


  • source "/Users/bob/Desktop/lecture_22s/ModelPhys/lectures"
Last modified:2024/05/16 12:16:49
Keyword(s):
References:[LectureNotes] [ModelPhys]