Quantum mechanics is one of the most successful theories in physics. It describes the physics of the microscopic world: molecular, atomic and subatomic processes. At first, we will follow the history of the quantum mechanics, and start with the black body radiation. The necessity of quantization arises from the failure to describe the black body radiation using classical physics. We will then examine the experimental evidences of the particle-wave duality. The Schrodinger equation is then introduced to describe simplest quantum systems. This course aims to show the necessity of quantum mechanics and to give listeners tools to describe the basic quantum systems.

To understand the fundamental concepts of quantum mechanics.
To learn mathematical methods which describe quantum objects.

In this course the following topics are covered:

1. Brief overview of relativistic energy and momentum. When classical physics was not enough anymore.
2. Black body radiation. Classical and quantum approaches.
3. Quantum properties of electro-magnetic radiation: photoelectric effect, Bothe experiment, Compton effect.
4. Rutherford model of atom.
5. Bohr model of atom.
6. Wave properties of particles: De Broglie's wave hypothesis.
7. Experimental conformations of De Broglie's hypothesis. Uncertainty principle.
8. Wave function and Schrodinger equation.
9. Particle in the infinite potential well.
10. One dimensional quantum system: harmonic oscillator.
11. Quantum tunneling of particles through potential barriers.
12. Physical states and operators.
13. Postulates of quantum mechanics.
14. Quantization of angular momentum.
15. Feedback

It is desirable to take introduction to physics A and B courses. Knowledge of mechanics and wave theory is welcome.

Evaluation will be based on:
30% homework, attendance, and participation
20% quiz
50% final exam

Preparation for lectures will include revision of class materials and homework assignments. Detailed instructions will be given during the class.

This course aims to introduce advanced concepts of classical mechanics. After learning the content of this course, students will be able to apply Newtonian mechanics to solve advanced problems of classical mechanics, including but not limited to: (a) rotation of rigid bodies, (b) motion under central forces, for example, planetary motion, (c) motion observed from non-inertial frames, etc. Students are also expected to be able to advance their mathematical skills, particularly regarding vector calculus and 2D/ 3D polar coordinate systems by studying the concepts of this course.

(1) To build upon the ideas learnt in Fundamental physics A, (2) To be able to understand advanced concepts of dynamics of rigid bodies, (3) To develop the ability to tackle practical problem solving.

1. Brief review of Cartesian, Spherical and Cylindrical coordinate systems, vector analysis and coordinate transformation, Newton's laws, inertial and non-inertial frames, conservation of energy and momentum, collision problems, distributed systems and center of mass (5 weeks)

2. Central forces, angular momentum, planetary motion and Kepler's laws (2 weeks)

3. Motion observed from non-inertial frames; fictitious forces (2 weeks)

4. Simple motion of Rigid bodies, angular momentum, rotation along fixed axis, moment of inertia (2 weeks)

5. General motion of rigid bodies, inertia tensor and principal axes, Euler's equations of rigid body rotation; precession and nutation, Free symmetric top, Euler angles, heavy symmetric top (3 weeks)

6. Feedback (1 week)

Completion of Fundamental Physics A is required.

Evaluation will be based on active participation (10%), one assignments (40%), take-home type final examination conduced via LMS (50%).

Following study materials and working on assignments

Will be discussed in the class.

　統計物理学は、量子力学とならび現代物理学の2つの柱を構成しています。固体物理やエレクトロニクスなど多くの学問分野の基礎として不可欠の学問です。

　統計物理学では電子や原子などミクロな粒子を対象として、そのような粒子が多数個集まって巨視的な系を構成したときの物理的な性質を理解することを目的としています。講義ではその基礎的な部分を講述します。

　講義では量子力学を勉強していることを特に前提としません。しかし、量子力学の簡単な知識を一部使用します。

・物質や気体のマクロな振る舞いについて、分子・原子を記述するミクロな理論から説明できるようになる。
・現象論の重要性を体得する。

1.統計物理学の基礎（第1,2回）
　統計物理学がどのような学問であるのかその対象と目的を説明します。古典理想気体に対するマクスウェル分布を例にとりながら、確率を定義し分布関数を求めることから巨視的な系の物理的性質を理解できることを示します。統計物理学が一つの仮説から出発して論理的に大きな学問体系を構成していることを説明し、学問としての体系を学ぶ良い対象であることを説明します。

2．ミクロカノニカル分布とエントロピー（第3-4回）
　量子力学によると離散的な微視的状態が生じることを説明し、それらの状態に対する等重率の原理により確率の概念を定義します。この確率をエネルギーなどの物理量と結びつける表現として、ボルツマンによって導入されたエントロピーという概念を説明します。そのエントロピーの物理的意味や、微視的状態数や状態密度との関係を、具体例を示しながら説明します。

3．カノニカル分布と自由エネルギー（第5-8回）
　エネルギーが一定の系について定義された確率を熱平衡の系について拡張したカノニカル分布について講述します。適用対象が大変広いカノニカル分布の1つの応用例として理想気体をとりあげ、理想気体に関係するいくつかの物理量や関係式が導かれることを説明します。合わせて統計物理学の手法を理解します。
また、座標・運動量の変数を持つ位相空間について古典粒子の統計物理学を学修し、それを利用した低温での物質の振る舞いを説明する理論の構築から、量子力学の重要性を議論します。

6．グランドカノニカル分布と化学ポテンシャル（第9-11回）
　カノニカル分布の対象であった粒子数一定で熱平衡状態にある系を拡張します。化学ポテンシャルを導入して粒子数の変化がある系に対しても適用できるグランドカノニカル分布を導きます。

7．量子統計（第12-14回）
　グランドカノニカル分布が適用できると、1粒子状態密度を用いることができるようになります。この1粒子状態に粒子の統計性を導入して量子統計を導きます。フェルミ・ディラック統計とボーズ・アインシュタイン統計について少し詳しく講述します。

8．フィードバック（第15回）


※第1−7回を米澤、第8−14回を掛谷が担当します

「物理学基礎論Ａ」「熱力学」を履修していることが望ましい。「物理学基礎論Ｂ」も履修していることができれば望ましい。

定期試験の成績で判定します。小テスト・レポート提出は加点として評価します。

米澤パート: 授業は配布資料に書き込む形で行います。復習のため、LMSによる小テストを課す予定です。
掛谷パート: 授業は、スライドを用いて行いますので、スライドの内容を復習することを中心に時間を使って下さい。

本講義は工学部電気電子工学科２回生にクラス指定されていますが、他のクラスの学生が受講することは可能です。
質問は授業終了後の外、オフィスアワーでも受け付けます。

主に高校で物理学を学ばなかった人を対象とし、初修物理学Ａに引き続き物理学の考え方、方法、特徴を理解することを目的とする。

場とエネルギー、運動量保存、熱、圧力、温度、エントロピー等、ニュートン力学からの展開を学ぶ。

初修物理学Ａに引き続き、物理学の考え方、方法、特徴を理解する。

場とエネルギーの考え方を学ぶとともに、日常のマクロな現象である、熱の移動、圧力、温度、などを、ミクロな現象である粒子衝突や運動量保存という観点から考察し、ニュートン力学からの展開として熱力学の法則、不可逆性、エントロピー概念の導入などを学ぶ。

ニュートンの運動法則を出発点として、多様な自然現象がどこまで把握できるか、その拡がりと限界を論じ、新たな展開に触れる。

授業回数はフィードバックを含め全15回とし、以下のテーマについて、
それぞれ2〜3回の講義をおこなう〔カッコ内は担当教員名〕。　フィードバック方法は別途連絡する。


1．静電場　［下田宏］
2．場とエネルギー　［下田宏］
3．電流、電力エネルギー　［下田宏］
4. 運動量保存則、粒子の衝突、ニュートン力学の限界　［奥村英之］
5. 気体の圧力と温度　［奥村英之］
6. 熱力学の法則　［奥村英之］
7. 不可逆性、エントロピー　［奥村英之］

履修者は本学入学試験科目で物理学を選択しなかった者に限られる。前期（初修物理学Ａ）の履修を前提とする。

授業中に適宜課すレポート、平常点（授業への積極的参加）、および期末試験

・レポート(20%)
・授業への積極的参加(20%)
・期末試験(60%)

講義は板書を中心に行うが、教科書の予習および習った事の復習、そして授業中に適宜課すレポートや演習問題をこなすこと。

高校物理Iの履修の有無は問わないが、微分、積分など高校数学の知識を前提とする。

現代の自然科学や科学技術の基礎を支えている物理学のうち，熱現象に関わる「熱力学」について講義する．熱力学第1・第2法則，エントロピーおよび熱力学的関係式について理解することを目的とする．

熱力学第1，第2，第3法則を理解し，説明出来るようにする．

以下の内容で講義を進める．

１回目〜８回目
(1)　物質の熱力学的性質（熱容量），熱と仕事，示量変数と示強変数．
(2)　熱力学第一法則，熱と仕事の等価性，内部エネルギー，断熱変化
(3)　熱力学第二法則，永久機関，ケルビンの原理，最小仕事，カルノーの定理

９回目〜１３回目
(4)　エントロピー，不可逆性，エントロピーの増大，完全な熱力学関数
(5)　熱力学第三法則
(6)　ヘルムホルツエネルギーとギブズエネルギー
(7)　標準反応ギブズエネルギー
(8)　熱力学関係式

１４回目
(9)　熱力学演習（講義に即した演習問題）

＜期末試験＞

１５回目
（10）フィードバック

受講者は「物理学基礎論Ａ」(力学)を履修していることが望ましい．偏微分など講義で必要とする数学については適宜，補足する．

定期試験および毎回の小テストの結果に基づき評価する．詳細については，第１回目の授業で説明する．

教科書を予め読んで授業に出席すること．小テストの採点結果をチェックし，誤りのあった箇所を重点的に復習すること．

関数電卓，毎回の授業のみならず，期末試験においても必ず必要になるので，事前に用意すること．スマホの関数電卓アプリは期末試験以外の授業では使用可能．

質点の力学の知識を前提として、質点系の力学と剛体の力学を講義する。非慣性系(特に、回転座標系)における運動方程式の説明を行なうと共に、コマの運動などを含む剛体の運動を記述する方程式を導き、それを用いて剛体の運動を調べる。理科系学生を対象とする。

質点系と剛体の力学および非慣性系における運動を理解し、それらの解析方法を習得する。

講義の主な内容は以下の通りである。授業回数はフィードバックを含め全15回とし、各項目に
ついて、2~3回の講義を行う。

1. 相対運動と非慣性系における運動方程式
座標の並進加速系、座標の回転系、非慣性系における質点の運動
2. 質点系の運動
質点系と外力・内力、質点系の重心と相対運動、質点系の運動法則
3. 剛体の運動
剛体の運動学的性質、剛体の一般運動、固定軸または固定点による束縛を受けている剛体の運動、剛体の平面運動、撃力を受けた剛体の平面運動
4. 固定点のまわりの剛体の回転運動
仕事とエネルギー、剛体の自由回転、コマの運動
5. 固定点のない剛体の運動
オイラー方程式、コマのいろいろな運動、ブーメランの運動など

「物理学基礎論Ａ」を履修していることが求められる。

各講義回ごとに，LMSの課題として小テストを実施する．
その答案の得点をすべての講義回にわたって合計したものに基づいて，
平常点成績（１００点満点）を評価する．
小テスト総点に１４回の講義の出席率を乗じ，
１００点満点に換算したものを平常点とする．
講義室入口のカードリーダに学生証をあてること．
定期試験成績（１００点満点）をX，平常点成績（１００点満点）をYとし，
max(X,(X+Y)/2)が６０点以上であることを合格の条件とし，
この素点による評価を行う．なお，合格者のおおむね８割が評語Ｂ以上，
おおむね３割が評語Ａ以上となるように，
成績順位を変えることなく最終評点を調整することがある．

講義内容を自身できちんと納得できるように、復習や他の受講生との議論などに務めること。

クラス指定対象の1T23，1T24以外の学生の受講については，
無作為抽選により１０名までの受講を認める．

質点の力学の知識を前提として，質点系の力学と剛体の力学を講義する．加速度系（特に、回転座標系）における運動方程式の説明から始めて，剛体の力学を学ぶ．理科系学生を対象とする．

加速度系における運動の記述と剛体と質点系の力学を理解し，その解析手法を習得する．

講義の主な内容は以下の通りである。
１. 相対運動と非慣性系における運動方程式
　　座標の並進加速系、座標の回転系、非慣性系における質点の運動
２. 質点系の運動
　　質点系と外力・内力、質点系の重心と相対運動、質点系の運動法則、
　　質点系の万有引力ポテンシャル
３. 剛体の運動
　　剛体の運動学的性質、剛体の一般運動、固定軸または固定点による束縛を
　　受けている剛体の運動、剛体の平面運動、撃力を受けた剛体の平面運動
４. 固定点のまわりの剛体の回転運動
　　オイラーの角、仕事とエネルギー、剛体の自由回転、コマの運動
５. 固定点のない剛体の運動
　　コマのいろいろな運動
講義はフィードバックを含め全１５回、各項目について２〜４回の講義を行う．

講義の理解には「物理学基礎論Ａ」を履修していることが求められる。

定期試験の結果に基づき評価する．

講義内容を復習し，よくわからない点については他の受講生と議論したり，教員へ質問するなど，内容の理解に努めること．

The aim of this lecture is to intoduce the basic concepts of Einstein's theory of relativity. First, the theory of special relativity will be explained in detail. After this, the basics of general relativity will be introduced in an elementary way. The lecture is supposed to be interactive.

The students will learn the formalism needed to study special/general relativity.
They will learn a geometrical intuition in the theory of relativity.

I. Introduction and Historical backgrounds
II. Einstein's Principle of Relativity
III. Special Relativity and Lorentz Transformation
IV. Relativistic Mechanics
V. Interesting Examples of Lorentz Transformation
VI. Maxwell Equation and Lorentz Invariance
VII. Relativistic Momentum and Energy II: Four Vectors and Transformation Properties
VIII. General Relativity

In total, at most 14 classes will be offered (one for each week of the semester) plus one feedback meeting with the students.

Fundamental Physics A　(recommended) , Fundamental Physics B (recommended)

Evaluation method: 25%: mid term exam; 75%: final exam. No homework is given during the whole duration of the course.

The students will be provided with the lecture notes of the course [as a pdf file in LMS and on kulasis]. They are supposed to study them, not only to review the work done in previous lectures but also to prepare for the upcoming ones.

2 hours of office hours per week to be decided with students [usually taking place on Fridays at noon]. E-mail will be provided, so that the students can contact the teacher at any time.

物理学の基礎的テーマについて自ら実験を行い、実験を通して自然と物理学のより深い理解を目指すとともに、実験技術とデータの解析方法を体得する。さらに科学的報告書（レポート、論文）の作成方法を修得する。

実験を通して自然現象を観察し、物理学をより具体的に理解する。
実験技術とデータの解析方法を学び、自ら実験を進められるようになる。
実験ノートが記述でき、実験レポートが作成できるようになる。

以下の課題の中から５〜６課題について実験を行う。１回２コマの時間で１課題の実験を行い、ガイダンス、レポート指導、予備実験日、フィードバックなどを含めて全15回の予定である。一部の曜日では実験結果についてのプレゼンテーションを実験の翌週に行う。

＜力学分野＞
１．フーコー振り子の実験
２．連成振動の実験

＜電磁気学分野＞
３．電気抵抗の測定
４．ホール素子による磁場の測定
５．オシロスコープによるインピーダンスの測定
６．熱電子放出に関する実験

＜熱力学分野＞
７．熱電対による温度の測定

＜光学分野＞
８．レーザー光を用いた実験
９．回折格子による光の波長の測定

＜原子・量子力学分野＞
10．プリズム分光器による原子スペクトルの測定
11．フランク・ヘルツの実験
12．光電効果によるプランク定数の測定
13. 身の回りの放射線−どこからどれくらいくるのか−

特になし

実験の実施と実験報告書に基づき評価する。詳しくは初回ガイダンス時に説明する。

毎回の実験課題について、教科書を読んで予習し、目的や実験原理を理解しておくこと。予習、復習には説明動画も合わせて利用するとよい。

初回ガイダンス（講義形式）での出席表に基づいて班編成を行うので、掲示（９月下旬頃）に注意して必ず出席すること。ガイダンスでは、実験の進め方、全体のスケジュール、レポートの作成および提出に関する注意点などの説明も行う。
「学生教育研究災害傷害保険」等の傷害保険へ加入すること。

我々の日常生活に必要な電力，動力および熱は，石油，石炭，天然ガスおよびウランなどの一次エネルギーから，燃焼，核分裂および動力変換などの操作、すなわち、「エネルギー変換」を行って得られている．本講義では，エネルギーの利用による環境破壊や資源の枯渇を防ぐために将来ますます重要になる先端的な「エネルギー変換」技術とその原理について学ぶ．スタート時点では高校物理・化学の知識は必要ではないが，授業中に必要となる知識については授業内で適宜補足する．

・エネルギーの利用についてその概念から実際について理解する
・先端的なエネルギー変換技術とその原理について理解する

まず，(1)エネルギー変換の原理と方法ならびに変換効率の考え方などについて解説し，ついで(2)動力や熱を発生するエンジンや燃焼機器の高効率化や環境影響の低減，(3)過酷な条件下で使用されるエネルギー機器用材料やクリーンな動力（電磁力応用機関）を支える機能材料の強度や機能設計，(4)究極のエネルギー源としての核融合の基礎と応用，について種々の初等科目との関連性を明らかにしながら講述し，エネルギー変換技術と我々の生活との関わりや，将来の技術開発のあり方について考える．
　以下に，本講義の構成を示す．なお1課題あたり1〜2週の授業を行い，授業回数はフィードバックを含め全15回とする．

1.エネルギー変換とは 【1週】（川那辺）
2.現代社会のエネルギー変換を担う燃焼・動力システム 【3週】（川那辺・林・堀部）
・水素エネルギーシステム
・燃焼研究におけるレーザー計測
・エンジンと燃料
3.エネルギー変換システムを支える材料と設計 【5週】（澄川・木下・安部・河合）
・エネルギー機器用微小材料の強度評価
・エネルギー変換を利用した材料の劣化診断
・エネルギー変換機能材料入門
・エネルギー機器を構成する微小異材界面での破壊特性
4.究極のエネルギー変換—核融合 【5週】（長﨑・森下・八木・小林）
・電磁界とプラズマのエネルギー変換
・高速粒子と材料のエネルギー変換
・核融合エネルギー変換への高温融体の利用
・先進エネルギーと分離
・粒子ビームとプラズマのエネルギー変換
5.フィードバック【1週】

特になし

授業への積極的な参加を重視する．また，レポートの内容の評価点も総合評価に含める．
詳細は初回授業にて説明する.

授業内容に関するレポートを課す．

This course provides a comprehensive overview of equilibrium thermodynamics. What makes thermodynamics at the same time appealing but also a little bit mysterious, is that its laws are universal: All macroscopic physical objects that we can observe in our daily lives must obey the laws of thermodynamics. Apart from introducing the various thermodynamic laws and relations and learning how to apply them to different physical systems, we will also understand why thermodynamics is so universal.
The first part introduces the basic concepts of thermodynamics such as thermodynamic systems, environment and state variables. We will formulate the first law of thermodynamics, which relates heat and work through internal energy, and the second law of thermodynamics, which characterizes irreversibility using entropy.
In the second part, the various thermodynamic potentials, such as free energy, are introduced and applied to concrete examples by viewing energy and entropy as thermodynamic functions. Here we will also study the Maxwell relations, which provide a connection different physical quantities.
The third part will deal with phase transitions and phase equilibria. We will understand how to describe a liquid chaning into a gas, and under which conditions both liquid and gas can exist at the same time.

-　Understanding heat and entropy and how they appear in the laws of thermodynamics.
-　Being able to apply thermodynamics to describe physical processes.
-　Understanding why thermodynamics is so fundamental for many everyday phenomena.

Week 1-8: Fundamental principles of thermodynamics
- System, environment, and boundary
- States, processes, and equilibrium: the zeroth law
- Heat, work, and energy: the first law
- Irreversibility and entropy: the second law
- Carnot heat engine and efficiency
Week 9-11: Thermodynamic potentials
- State variables and differentials
- Energy and entropy revisited
- Free energy, enthalpy and all the others
- Maxwell relations
- Selected applications
Week 12-14: Phase transitions
- Phases and Gibbs' rule
- Phase transitions, critical exponents, and scaling
Week 15：Final written examination
Week 16：Feedback

Students are recommended to attend a basic course on mechanics (物理学基礎論Ａ or similar) before taking this lecture. The necessary mathematical details (mainly multi-variable calculus) will be provided in class.

The final score will be determined by weekly assignments (50%) and the final written examination (50%). The total score will be on a scale from 0 to 100 and students will need at least 60 points to pass.

Students will be asked to complete and hand in assignments.

Most communications between the instructor and students will be carried out using LMS, where you can also find announcements and the assignments. Students can also contact the instructor directly via e-mail, or during the office hour on Thursday from 15:00-16:00.

自然科学を学ぶ学生に共通して必要と思われる電磁気学の基礎を講義する。

静電場、静磁場および電磁誘導に関する基礎法則を学び、電磁場を規定するマクスウェル方程式を理解する。

以下のような電磁気学の基本的内容を講義する。授業内容・項目は以下の通りで、各項目あたり２〜３回の講義で進め、フィードバックを含めて全15回の予定である。

1. クーロンの法則と電場
2. ガウスの法則、静電ポテンシャルと電位
3. 静電容量、静電エネルギー
4. 定常電流による磁場、ローレンツ力
5. 電磁誘導
6. 変位電流とマックスウェル方程式

この講義は主として高校で物理を履修した人を対象に行われる。物理未履修者には、別項の「初修物理学Ａ、Ｂ」の履修を勧める。

原則として定期試験の結果による。
レポートの提出状況を成績評価の参考にすることがある。
詳しくは講義中に説明する。

講義をもとに自学することを勧める。

物理学基礎論Aで学んだ質点の力学の知識を前提として、質点系と剛体の運動について講義する。具体的には、回転座標系などの非慣性系おける運動方程式・質点系の運動・コマなどの運動を含む剛体の運動を学ぶ。理科系学生を対象とする。

非慣性系における質点の運動や質点の集まりとしての剛体の運動に関する基本法則を理解し、具体的な問題を解く能力を習得する。

講義内容は以下の通りである。
授業回数はフィードバックを含め全15回とし、各項目あたり2〜3週で講義を進める。

1. 非慣性系における運動方程式
座標系の並進、座標系の回転、加速度系における質点の運動、地球上の物体に対する運動方程式
2. 質点系の運動
質点系と外力・内力、質点系の重心と相対運動、質点系の運動法則
3. 剛体と慣性モーメント
剛体の運動学的性質、剛体に働く力とトルク、慣性モーメント
4. 剛体の簡単な運動
剛体の運動方程式、固定軸のまわりの回転、剛体の平面運動、撃力を受けた剛体の平面運動
5. 剛体の一般的な運動
オイラー方程式、対称コマの運動、ブーメランの運動など

「物理学基礎論A」を履修していることを前提とする。

定期試験の結果に基づき評価する。

講義内容を復習し、理解を確実なものにするために具体的な問題を解くことを推奨する。

This course provides an introduction to statistical physics.
In particular, it introduces the concept of probability in physics and explains the microcanonical and canonical ensembles. Furthermore, the course aims to derive and understand the laws of thermodynamics from a microscopic perspective. Topics include the statistical interpretation of temperature and entropy.

In principle, the course will be conducted in English. However, if there are parts that are difficult to understand in English, explanations will also be provided in Japanese when necessary.


このコースでは、統計物理学の基礎を学ぶ。
特に、物理学における確率の概念、ミクロカノニカルアンサンブルおよびカノニカルアンサンブルについて解説する。さらに、ミクロな視点から熱力学の法則を導き出し、理解することを目的とする。温度やエントロピーの統計的解釈についても学ぶ。

授業は原則として英語で行うが、理解が難しい箇所については必要に応じて日本語で補足説明を行う。

- To understand the connection between microscopic models and macroscopic physical properties
- To understand the laws of thermodynamics and the concept of thermodynamic potentials from the viewpoint of statistical physics

- 微視的な模型と巨視的な物理特性との関係を理解する。
- 統計物理学の立場から、熱力学の法則および熱力学ポテンシャルの概念を理解する。

In principle, the course will be offered as follows. However, there may be minor adjustments depending on the course's progress.

- Probability, random variables, and the ideal gas (Lectures 1-2)
- Thermodynamics and its connection to statistical physics (Lectures 3)
- Microcanonical ensemble and entropy (Lectures 4)
- Two-level system and ideal gas in the microcanonical ensemble (Lectures 5-6)
- Equilibrium between systems (Lectures 7-8)
- Canonical ensemble and free energy (Lecture 9)
- Applications of the canonical ensemble (Lecture 10)
- Different ensembles and thermodynamic potentials (Lecture 11)
- Relations between thermodynamic derivatives (Lectures 12-14)


Final examination (Week 15)
Feedback (Week 16)

本コースは、原則として以下の計画で実施する。ただし、授業の進行状況に応じて、内容を一部調整する場合がある。

- 確率、確率変数、理想気体（第1-2回）
- 熱力学と統計物理との関係（第3回）
- マイクロカノニカルアンサンブルとエントロピー（第4回）
- ミクロカノニカルアンサンブルにおける2レベル系と理想気体（第5-6回）
- システム間の平衡（第7-8回）
- カノニカルアンサンブルと自由エネルギー（第9回）
- カノニカルアンサンブルの応用（第10回）
- さまざまなアンサンブルと熱力学ポテンシャル（第11回）
- 熱力学的導関数の関係（第12-14回）


最終試験　（第15週）
- フィードバック（第16週）

Basic Knowledge of calculus and classical mechanics.

Worksheets/reports (45%) + examination (45%) + attendance and participation (10%)　
ワークシート/レポート(45%) + 試験(45%) + 出席と参加の状況(10%)

Revision of the course by doing the worksheets

ワークシートによる復習

Office hours: After the course

Furthermore, I will provide lecture notes which help to understand the lecture.


The worksheets will give students an opportunity to practice their English skills in science.

講義ノートを提供する。
オフィスアワーは 講義終了後
なお、講義の理解に役立つ講義ノートを配布する。

The lecture will focus on enabling students, especially from non-physics majors, to grasp basic concepts and principles of physics, and to learn how to apply them to understand the physical world around us. Particular focus will be on problem solving in mechanics, which will be presented systematically so that students gain a deeper understanding of mathematical and logical treatment of familiar physical problems.

1) To introduce students with little physics background to basic but important concepts in physics.
2) To nurture students' problem solving ability in physics.
3) To impact a deeper understanding of familiar physical phenomena.

The following topics will be introduced from the basics, assuming that students have little prior knowledge of physics.

1) VECTORS IN MOTION (2 weeks)
Here we will learn about vectors and how to use them to describe motion in terms of position, displacement, velocity and acceleration.

2) KINEMATICS (3 weeks)
We will learn how to use vectors to describe kinematics, such as linear, projectile and circular motions, and also be able to derive the kinematic equations of motion when given displacement, velocity and a constant acceleration.

3) NEWTON'S LAWS OF MOTION (3 weeks)
Newton's laws of motion are at the core of classical mechanics and the foundation of modern physics. In this topic, you will explore the relationships between force and acceleration described in Newton's laws and practice using them to solve common problems involving motion in nature.

4) MOMENTUM, WORK AND ENERGY (4 weeks)
In this chapter, we will introduce important physical quantities such as momentum, work and energy. By extending the Newton’s laws, we will learn the principle of conservation of linear momentum and the work-energy theorem. Concepts of potential energy and kinetic energy and the law of conservation of mechanical energy will be introduced.

5) GRAVITATION (2 weeks)
One of the goals of physics is to understand the gravitational force. Newton’s law of gravitation and gravitational potential energy will be explained and applied to relevant examples in dynamics. We will obtain deeper understanding of gravitation that we take for granted.

6) EXAM (1 week)

7) FEEDBACK (1 week)

特になし

Regular assignments:25%; End-term exam: 75%

Students are encouraged to spare enough time for review of previous lectures and read ahead in preparation for future lectures.

Office hour will be announced during class.

Soft matter is a broad term used to describe substances that are neither solid nor liquid. These include many materials that we encounter daily in our life, such as soap, rubber, and ice-cream, but also much of the components of life itself, such as chromosomes and membranes. In this course, we will use the tools of physics to understand how simple components can lead to the complex behavior observed in soft materials and living systems. More specifically, we will see why the properties of soft materials change over time and depending on how the material is manipulated; learn about the physics of polymers and the origin of rubber elasticity; and understand how small molecules can self-assemble into more complex structures. The students will also have many opportunities to apply the theory of soft matter to answer interesting questions in biology. For example, how can proteins adopt their unique folded structure that let them perform their function so well? How difficult is for cells and viruses to organize their long genome into a compact space? How do membranes transform and make complex life possible?

To recognize the various types of soft materials around us and in living organisms.
To explain the key properties of soft materials using simple theoretical arguments based on thermodynamics.
To explore the science of life from the perspective of soft matter physics.

Schedule:
1. Introduction to the course
2. Introduction to thermodynamics and statistical physics
3. Colloidal suspensions and the role of entropy in the state of matter
4. Interactions between colloidal particles
5. The response of materials to stress: visco-elasticity and glasses
6. Polymers and their conformation in space
7. The physics of DNA and applications to genome organization
8. The protein folding problem
9. Formation of gels and the origin of rubber elasticity
10. Multi-component fluids: mixed or unmixed?
11. The dynamics of phase separation (also, why it is difficult to make stable emulsions)
12. Understanding crystallization
13. Self-assembly and membranes
14. Extra topic / exam preparation
15. Final exam
16. Feedback
＊15 lectures per semester, the semester yields two credits (including classes for feedback). Note: the above class numbers do not include examinations.

Course open to all students, but a basic knowledge of classical mechanics is helpful.

Class attendance and participation (50%), final exam (50%)

Students are encouraged to take notes during class and to review them afterwards.

Please feel free to contact me by email at brandani@biophys.kyoto-u.ac.jp

自然科学を学ぶ学生に共通して必要と思われる電磁気学の基礎を講義する。

静電場、静磁場および電磁誘導に関する基礎法則を学び、電磁場を規定するマクスウェル方程式を理解する。

以下のような電磁気学の基本的内容を講義する。授業内容・項目は以下の通りで、各項目あたり２〜３回の講義で進め、フィードバックを含めて全15回の予定である。

1. クーロンの法則と電場

2. ガウスの法則、静電ポテンシャルと電位

3. 静電容量、静電エネルギー

4. 定常電流による磁場、ローレンツ力

5. 電磁誘導

6. 変位電流とマックスウェル方程式

この講義は主として高校で物理を履修した人を対象に行われる。物理未履修者には、別項の「初修物理学Ａ、Ｂ」の履修を勧める。

原則として定期試験の結果による。

講義をもとに自学することを勧める。

電磁気学の基礎として、静電磁場を中心に講義し、最終的にマックスウェル方程式の導出を行う。必要な数学の知識(ベクトル解析など)の解説も行う。

静電磁場を中心とする電磁気学の基礎を習得する。

授業回数はフィードバックを含め全15回とし、以下のような電磁気学の基本的内容を講義する。各項目あたり2〜3回の講義で進める。
1. クーロンの法則
2. ベクトル解析とガウスの法則
3. 静電ポテンシャルと静電エネルギー
4. 導体の性質
5. 電流による磁場、ローレンツ力
6. 電磁誘導、変位電流とマックスウェル方程式

この講義は主として高校で物理を履修した人を対象に行われる。物理未履修者には、別項の「初修物理学Ａ、Ｂ」の履修を勧める。

原則として定期試験の結果によるが、レポート等の提出を求める場合もある。詳細は講義の中で指示する。

講義をもとに自学することを推奨する。

この授業は工学部物理工学科１回生にクラス指定されているが、他の学生も受講可能である。工学部物理工学科２回生にクラス指定されている電磁気学続論と併せて履修することを推奨する。

自然科学を学ぶ学生に共通して必要と思われる電磁気学の基礎を講義する。

静電場、静磁場および電磁誘導に関する基礎法則を学び、電磁場を規定するマクスウェル方程式を理解する。

以下のような電磁気学の基本的内容を講義する。授業内容・項目は以下の通りで、各項目あたり２、３回の講義で進め、フィードバックを含めて全15回の予定である。

1. クーロンの法則と電場

2. ガウスの法則、静電ポテンシャルと電位

3. 静電容量、静電エネルギー

4. 定常電流による磁場、ローレンツ力

5. 電磁誘導

6. 変位電流とマックスウェル方程式

この講義は主として高校で物理を履修した人を対象に行われる。物理未履修者には、別項の「初修物理学Ａ、Ｂ」の履修を勧める。

原則として定期試験の結果によるが、レポート等の提出を求める場合もある。詳しくは各講義で説明する。

講義に沿って各自でノートを作成し、復習することを勧める。

クラス指定を受けている学生以外の受講も可能である。

Physics is the foundation of our understanding of the natural world. This course introduces the fundamental principles of mechanics, electrostatics, and electricity, emphasizing both intuitive understanding and mathematical reasoning. Designed for first- and second-year students, including those from non-physics majors, it focuses on problem-solving skills and real-world applications.

Through interactive lectures, practical examples, and mathematical exercises, students will develop a physicist's way of thinking, learning how to analyze and describe natural phenomena using physics.

By the end of this course, students will be able to:
1. Understand fundamental principles of mechanics, electrostatics, and electricity, and their role in everyday life.
2. Apply mathematical reasoning to describe and predict physical behavior.
3. Develop problem-solving skills to tackle unfamiliar physics problems systematically.
4. Recognize real-world applications of physics, from simple motions to advanced applications.

Week 1: Foundations of Physics
- Course structure, objectives, and expectations
- The scientific method and its role in physical inquiry
- Review of essential mathematical tools (algebra and trigonometry)

Weeks 2-3: Kinematics
- Description of motion: displacement, velocity, and acceleration
- Vector representation and analysis in one and two dimensions

Weeks 4-7: Newtonian Mechanics
- Newton’s first, second, and third laws of motion
- Systematic problem-solving approaches in classical mechanics
- Free-fall motion and gravitational acceleration
- Second-order systems: mass–spring–damper models
- Projectile motion and trajectory equations

Weeks 8-9: Electrostatics
- Electric charge and elementary charge
- Coulomb's law
- Quantitative analysis of electrostatic forces

Weeks 10-13: Electricity
- Electric potential, current, and power
- Ohm's law
- RC circuits and transient behavior

Week 14: Final Review

Students should be familiar with high-school level mathematics, including algebra, basic calculus, and vectors. Prior experience with physics in high school is helpful but not required. The course will introduce concepts step by step to accommodate students with varying backgrounds.

Evaluation:
- Attendance & Quiz: 15%
- Punctuality: 5%
- Short Tests and Assignments: 80%

Passing requirements:
1. A minimum overall score of 60% is required to pass the course.
2. Students must attend at least 50% of scheduled classes.
3. Students who do not meet the attendance requirement will not pass the course, regardless of their total score.

- Students are expected to review lecture notes and attempt practice problems before the next class.
- Reading relevant textbooks in advance is recommended to enhance understanding and class engagement.
- Preparing for the tests/assignments will require consistent revision throughout the course.