Course Name Year Term Period Faculty / Graduate School All Instructors Credits
32622:[2025 Spring]Micro-and macroscopic physics (B2) 2025 Spring Fri2 College of Science and Engineering TOBA YOSHIKI、YOSHIDA MASAKI 2

Campus

BKC

Class Venue

Forest111

Language

日本語

Course Outline and Method

高校の物理でも、ある程度は物理的なものの見方や面白さを学んだであろうが、昔の偉人が見出した法則や知識を暗記したに過ぎない場合も多かろう。そこで、この講義では、特定分野を体系的にとりあげることはせず、「大学の物理」を学び始める1回生を対象に、小人数クラスにおいて、ミクロ・マクロな視点から、学生自身が物理的にものを見て考えるセンスを養ってもらう。各クラスへの配属は物理科学科が決定する。

この講義では1回生前期できちんと理解するには難しい内容も扱うが、精密な知識を得ることではなく、あくまで物理の考え方や最先端科学の「雰囲気」に触れてもらうことが目的である。物理のおもしろさを知る契機となり、より専門的な学習をする動機付けになれば幸いである。

Student Attainment Objectives

「最も小さなスケール(ミクロ)の物理」と「最も大きなスケール(マクロ)の物理」を、素粒子と宇宙、あるいは、身近な現象を題材に理解し、その背後にある物理学の基本的な考え方に触れ、物理学の考え方の面白さを体得することを目標とする。

Recommended Preparatory Course

この科目は1回生履修指定科目であり,受講登録は1回生に限られる。ただし、編入学等の特別な事情がある場合には回生にかかわらず受講できることがある。

Course Schedule

Lecture/Instructor(When there are multiple instructors) Theme
Keyword, References and Supplementary Information
-

+R授業対象科目。第2回(吉田担当分)と第14回(鳥羽担当分)に+R授業を実施。詳細はmanaba+Rを参照。

1

ガイダンス: 授業の進め方、授業のねらい

吉田担当
私たちが住む地球の表面(プレート)は、年間数センチメートルというゆっくりとした速度で動いており、そのような運動は地球が約46億年前に誕生して以降、ゆっくりと冷えていく過程で起こっている。地球の内部でどのような運動が起き、地球の誕生時に内部に蓄えられた熱がどのように宇宙空間に放出されるかを知ることは、地球の営みをマクロな視点で理解する上で重要である。一方、地球内部を構成する物質(岩石・鉱物)のゆっくりとした流れは地球内部の温度や圧力などによって非常に敏感に変化するが、これは鉱物の結晶の原子配列や粒径の変化などといったミクロな現象に関係する。吉田担当回では、地球の営みをマクロからミクロまでの視点で定量的かつ実践的に理解するために、数値解析ソフト(MATLAB online)で簡単な例題を計算をしてもらいながら進める。

2

地球の中の熱輸送(その1)

吉田担当
熱伝導に関するフーリエの法則など

3

地球の中の熱輸送(その2)

吉田担当
地球表面の熱流量、地球内部の岩石の放射発熱など

4

地下の温度分布(その1)

吉田担当
熱伝導に関するフーリエの法則の積分(初期値問題)

5

地下の温度分布(その2)

吉田担当
一次元の定常熱伝導方程式の積分(境界値問題)

6

地下の物質の流れと熱進化

吉田担当
マントルの流動の法則(レオロジー)、マントルの熱進化など

7

地球の中の熱対流運動

吉田担当
二次元定常熱対流(マントル対流)

8

鳥羽担当ガイダンス:授業の進め方、授業のねらい
「ミクロな世界(素粒子・量子など)からマクロな世界(宇宙など)へ」

鳥羽担当
137億年前にビッグバンによって誕生したと考えられている我々の宇宙には、惑星・恒星・銀河などの多様な構造が見られる。また、近年注目を集める「暗黒物質(ダークマター)」や「暗黒エネルギー(ダークエネルギー)」、「ブラックホール」の理解には、素粒子物理学・量子力学・相対性理論といった幅広い物理学の知識が必要である。鳥羽担当回では、ミクロな世界である素粒子から、マクロな世界である宇宙全体に至るまで、大きさの違いや関連する物理法則を意識しながら学ぶことで、宇宙の成り立ちやその構造の奥深さを体感することを目指す。

9

素粒子・量子の世界

鳥羽担当
素粒子とは?4つの力、量子力学の世界感

10

宇宙への誘い:前編

鳥羽担当
惑星・恒星の世界

11

宇宙への誘い:後編

鳥羽担当
銀河系・銀河・宇宙の大規模構造

12

宇宙論入門:宇宙のはじまり

鳥羽担当
ビックバン宇宙論を支える3つの観測事実

13

宇宙論入門:宇宙のおわり

鳥羽担当
暗黒物質・暗黒エネルギー

14

ブラックホールの世界

鳥羽担当
ブラックホールの見つけ方・作り方

Class Format

対面授業にて実施。ただし、必要に応じて2~3回分を受講生に事前に周知の上、オンデマンドの授業に切り替える可能性があります。

Recommendations for Private Study

小レポートの課題や、自ら興味を持った事項については、自ら文献を調べたりして学習してほしい。

Grade Evaluation Method

Kind Percentage Grading Criteria etc.
Final Examination (Written) 0

Report Examination
(A report to be submitted by the unified deadline)
0

Exams and/or Reports other than those stated above, and Continuous Assessment 
(Evaluation of Everyday Performance in Class)
100

吉田担当の回は、毎回の出席状況と最終担当回のレポート課題に基づいて成績評価を行う。
鳥羽担当の回は、毎回の出席状況と最終担当回のレポート課題に基づいて成績評価を行う。

Grade Evaluation Method (Note)

Advice to Students on Study and Research Methods

講義中に疑問に思ったことは積極的に質問してください。講義スケジュールはあくまで目安なので、予告した上で変更する可能性があります。

吉田担当の授業は、「プリズム情報処理演習室P31」教室で行います。Matlab onlineが受講生各自のパソコンで使えることを想定し、みなさんで議論しながら理解していく形で進めます。MATLAB onlineは、下記のホームページに接続し、大学のメールアドレスでユーザー登録を済ませておいて下さい。https://jp.mathworks.com/products/matlab-online.html

Textbooks

Textbooks (Frequency of Use, Note)

教科書は指定しない。

Reference Books

Reference Books (Frequency of Use, Note)

必要に応じて授業中に紹介する。

Web Pages for Reference

必要に応じて授業中に紹介する。

How to Communicate with the Instructor In and Out of Class(Including Instructor Contact Information)

Talk with Students,Other (Separate instructions will be provided)

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URL:https://secure.ritsumei.ac.jp/students/pathways-future/course/curriculum.html/