This course will explain the fundamentals of electrostatics and magnetostatics to students. Problems will be solved during the lectures to understand the concepts better.

・ Understand the fundamental laws of electrostatics and magnetostatics.
・ Understand the concepts better by applying the laws and concepts to solve problems.

1. Overview of the course, introduction to vector calculus (1 week)
2. Coulomb's law, electric field, electrostatic potentials (2 weeks)
3. Gauss's law (1 week)
4. Electric field around conductors (1 week)
5. Electrostatic capacitance (2 weeks)
6. Electrostatic energy and force (2 weeks)
7. Boundary-value problems (2 weeks)
8. Electric current (1 week)
9. Magnetic field of moving charges (2 weeks)
10. Feedback (1 week)

高校での物理学の履修

Evaluation will be based on participation (20%), mid-term examination (30%), and final examination (50%).

Students are required to do their homework. When trouble is encountered during homework, please refer to the recommended textbook or ask the instructor.

Office hours: Anytime by email, and appointments should be made via email.

The objective of this course is to introduce fundamental concepts of physics relating with electricity and magnetism.

. To understand the basic concepts of electricity and magnetism
. To be able to relate and appreciate the role of these concepts in many natural phenomenon
. To learn about the working of inventions (such as motors, generators, etc.) based on applications of these concepts.

1)- Introduction to Electric fields, electric charge, Coulomb's law, Electric Flux, Gauss's law, Electric Potential, Equipotential lines and electric fields.(3 weeks)

2)- Capacitance and capacitors: Capacitors connected in parallel and series, Equivalent Capacitance (2 weeks)

3)- Electric Current, Ohm's Law, Resistors in parallel and series, Equivalent resistance, Kirchhoff’s rules (3 weeks)

4)- Introduction to Magnetic Fields, Torque on a Current Loop, charged particle in uniform magnetic field, Magnetic flux (2 weeks)

5)- Electrocmagnetic Induction: Faraday's Law, Lenz's law, generators (2 weeks)

6)- Maxwell's Equations and Electromagnetic Waves (2 weeks)

7)- Feedback (1 week)

This course is intended mainly for students who studied physics at high school.

Weekly submission of class examples, class participation and homework (20%), Snap quizzes (15%), Final examination(65%).

Students are advised to go through the class handouts and the readings suggested in the class for each topic. Homework is assigned to strengthen the learning of the topic covered in the class, therefore, it is advised to the students to do homework regularly and carefully.

液晶・高分子・ゲルといったソフトマターからアクティブマター・生体分子・生体構造まで、身近で「やわらか」な物質が、どのように形作られ、その機能を発現しているか？　物理学的な視点から理解しようとする新しい試みを、７人の教員によるリレー形式で講義します。

様々な事例や実験などの紹介を通じて、ソフトマターやアクティブマター、生体分子などの構造形成や物性発現のメカニズムを物理的な観点に立って理解するために必要な知識と考え方を習得することを目標とする。基礎学問的な講義に並んで、現実の自然界や人工的な工業製品、生物の構造や機能といった様々な物質群に多数存在するソフトマターの特徴を理解することで、自然科学への好奇心を養う。

山本（２〜３回）液晶・高分子・界面活性剤、エマルジョン、コロイド、ゲル・ゴム、生体物質などは、やわらかな物質（ソフトマター）とよばれ、生体構造から食品、医薬品、化粧品、あるいはポリ袋・ケース、建築材、ペイント、防・免振剤、さらには飛行機の構造材に至るまで、身の回りの至る所に存在して、高い機能性を発揮している。ソフトマターの最大の特徴は、ナノからマクロまでのスケールにある多種多様な階層構造と、分子運動から巨視的な流体運動にまたがる広いダイナミクス（運動性）である。このようなソフトマターを、物理的な視点に立って理解しようとする学問が、ソフトマター物理であり、本講義ではソフトマターの基本的な物理現象を、分かりやすい実例とともに紹介する。

角五（２〜３回）「アクティブマター」は、それ自身に化学物質や光などに蓄えられているエネルギーを力学的な仕事に変換し、自律的に運動する機構を有した物質系の総称である。自発的に運動を発現するという点で既存の物質とは一線を画する。アクティブマターの身近な例としては、生体システムが挙げられる。細胞を構成する分子モーター群や、細胞の集合体である組織、さらに生物個体や個体群などのシステムに見られるように、スケールに依存しない効率の良いエネルギー変換機構を有し、自己修復性や環境応答性などの従来のマテリアルにはない機能が創発する。本講義ではアクティブマターの実例を紹介しながら、その振る舞いや機能について解説する。

荒木（２〜３回）ソフトマターを構成する物質は複雑な分子構造を持っていることが多いが、それらを簡単な形に置き換えて考えることで、その物理的挙動を理解することができる。例えば、液晶は棒状、コロイドは球、高分子はひもとみなすことにより、大きく理解が進んだ。本講義では、ソフトマターの構成要素の形に着目し、理論的なアプローチからソフトマター物理に関する理解を深めたい。

川又（２〜３回）「生体分子システム」 生物では多様な生体分子が協調動作することで、パターン形成や概日リズムなどの様々な現象をシステムとして引き起こす。複数の生体分子が相互作用をして、単一の分子だけでは実現できないような、分子のスケールを超えたマクロな機能を達成していると言える。そのような生体分子からシステムへのスケールアップに働く仕組みについて取り上げる。さらにその物理に基づき、生物を模倣するような人工の生体分子システムを作製する方法論について、例を用いながら紹介する。

市川（２〜３回）やわらかな物質系から生命という現象が如何にして構成されているのだろうか。講義では生体物質の物理や生体システムの数理などの具体例を挙げつつ、シンプルな数理の視点で生命現象を理解していくアプローチを学ぶ。

柳島（1〜２回）コロイド分散系とは微粒子を液体に分散させた物質系の総称であり、食品、医薬品、塗料、建築材料等、様々な工業応用が見られる。粒子間相互作用が等方的かつ表記しやすいため、物性物理学の研究においても結晶形成、ガラス転移、ゲル化等の基礎的な現象のメカニズムが議論できる有用な「モデル系」として幅広く利用されてきた。近年はモデル系と非理想系の相違点に着目することで粉体系等の非線形粘弾性の理解等へも応用範囲が広がりつつある。本授業では主に剛体球の結晶化の研究に注目しながら、コロイドモデルの歴史と今後の展望について紹介する。

谷（1〜２回）「アクティブソフトマター」 薄いシートや細長いひもは、同じ材質の塊に比べて、小さな力で大きく変形する。このような「やわらかい」構造は、生物・非生物において、サイズに依らず普遍的に見られ、その変形や動きは時にシンプルな実験と理論から説明できることもある。さらに、ソフトロボットや生物の構造・生存戦略理解などへの発展可能性から、近年アクティブな変形や運動が注目されている。いくつかの例を題材にこれらを紹介する。

授業回数はフィードバックを含め全１５回とする。

理系１回生向けの講義であるが、物理学、化学、生物学、医学などの境界分野に興味を持った２回生以上の入門的な勉強にも適している。

リレー形式の講義なので講義の聴講を前提とする。講義における平常点（５０％）（出席と講義中に出す小レポート（感想文など）の採点）、およびレポートの総合点（５０％）で成績評価する。

講義にしっかり出席し、講義後に出されるレポートを通じて、得られた知識を整理して、しっかりと身につける。

KULASIS,PandAを通じて講義の情報や課題の提出・採点、教員との相互連絡を行う。

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。詳細は講義の中で指示する。

一般的な授業としての復習をして欲しい。

授業中、わからないことについては積極的な質問を期待する。

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取り扱う。
授業内容・項目は以下の通りで、各項目あたり１〜２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

２．静電場の性質
　　　電気力線，ガウスの法則（積分形），静電ポテンシャル，電位，渦なしの法則

３．静電場の微分法則
　　　ガウスの法則（微分形），ガウスの定理，ストークスの定理

４．導体と静電場
　　　電気容量，静電エネルギー，電気鏡映

５．定常電流の性質
　　　オームの法則，キルヒホッフの法則

６．電流と静磁場
　　　ローレンツ力，ビオ・サバ—ルの法則，磁気双極子，アンペールの法則，ベクトルポテンシャル

７．電磁誘導の法則
　　　電磁誘導，インダクタンス，交流回路

８．マクスウェルの方程式と電磁場
　　　変位電流，マクスウェル方程式，電磁波

９．物質中の電磁場
　　　誘電体，分極，磁性体

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。

提出課題（6割）および定期試験（筆記）（4割）で評価する。

１．授業前にオンデマンド動画を視聴すること。
２．授業時間には、課題の問題を解く時間および
　　問題を解くために受講生同士で議論する時間を取ります。
３．次の授業までに、課題のレポートを提出すること。

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(67%)と中間レポートを含めた平常点(33%)により評価する。

講義をもとに自学することを勧める。

This course provides an introduction to the basic concepts and principles of thermodynamics and their applications in science and engineering.

The aim of this course is to achieve a comprehensive understanding of the fundamental concepts and principles of thermodynamics and their applications in science and engineering.

As the main outcomes of this course students should
I. Gain a comprehensive understanding of thermodynamic principles and be able to apply them to engineering problem solving
II. Be able to quantify energy transfer in thermodynamic systems

The following topics will be covered in this course:

Lecture 1) Introduction and areas of application of thermodynamics
Lecture 2) State of equilibrium, thermodynamic property of substance (equation of state, heat capacity), heat and work, state variables, quasi-static processes
Lecture 3) First Law of Thermodynamics, equivalence of heat and work, internal energy, Thermodynamic processes
Lecture 4) Heat Engines and Introduction to Second Law of Thermodynamics
Lecture 5) Second Law of Thermodynamics, Kelvin-Planck statement, Clausius statement, perpetual motion
Lecture 6) Entropy and the Clausius Inequality
Lecture 7) Carnot Engine, Carnot Efficiency
Lecture 8) Principle of increase of entropy, entropy variation for an ideal gas
Lecture 9) Exergy and introduction to Thermodynamic Potentials
Lecture 10) Thermodynamic potentials and property relations, Enthalpy
Lecture 11) Helmholtz Free Energy, Gibbs Free Energy
Lecture 12) Summary of thermodynamic property relations, derivation and application of Maxwell relations
Lecture 13) Heat capacity in differential forms, the Joule-Thomson effect
Lecture 14) Phase transition, the Clapeyron equation, the Clapeyron-Clausius equation
* The lectures will be followed by Final Exam (Week 15) and then Feedback (Week 16).
** For Feedback the answers to Final Exam will be sent to Students using KULASIS in a few hours after the exam and students can visit instructor's office on the Feedback day (one week after final exam) for discussions towards comprehensive learning.

Having taken the course "Fundamental Physics A" is preferable.

Evaluation is based on
1) Final Exam (50 points),
2) Assignments, Quizzes & Class Discussions (50 points)

- Class discussions will contribute as bonus points.
- Best 2 quizzes (out of 4) will be considered for evaluation.
- Students being absent for 5 lectures or more will not be credited.

- After each class students are encouraged to review the handouts and presentation files thoroughly, and work on the given assignments

- No office hour specified. However, students are encouraged to ask their questions before or after each lecture or via email.
Email: khayyer@particle.kuciv.kyoto-u.ac.jp
- Lectures are conducted by using both PowerPoint presentation and board.

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7〜10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良い。

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。

Natural sciences are the product of experimental investigation and theoretical interpretation. In this course, students will learn to use various measurement instruments to perform experiments in topics including atomic, laser, particle, and low temperature physics.

Basic topics in experimental physics will be covered, enabling students to get a deeper understanding of the natural sciences. In addition, techniques for processing and analyzing experimental data will be mastered. Finally, students will learn how to write scientific reports and present their results orally.

- Learn physics by carrying out experiments and discussing in an open setting
- Learn basic skills for processing and analyzing experimental data.
- Learn how to keep a laboratory notebook, and write up experimental reports.
- Learn to give a scientific presentation explaining the results of an experiment.

Students will be evaluated on these skills on the basis of their experimental reports and contributions to in-class discussions.

The first week will be an introduction to the course and its experiments.
Thereafter, classes will be divided into Experimental and Discussion sessions.

Experiments will be performed during the Experimental sessions and group discussions of those results and related physics topics will be held in the subsequent Discussion session.

Experiments available in this course include:

1. Measurement of the magnetic field of a coil using a Hall element
2. Thermionic emission experiment
3. Experiments with lasers
4. Measuring the wavelength of light using diffraction gratings
5. Franck-Hertz experiment
6. Measurement of Planck's constant
7. Radiation in the Natural World
8. Measurements of Atomic Spectra
9. Coupled Oscillation Studies
10. Electrical Resistance Measurements

Students will perform six experiments from this list and give one oral presentation about one of them.

The class will meet 15 times, including the feedback session.

特になし

Evaluation will be based on in-lab experimentation, experimental reports (6), and one oral presentation. Details will be explained in class.

Students should read the textbook ahead of each experimental session.

Students are encouraged to ask questions during the experimental sessions, and are welcome to contact instructors by email outside of class hours.
Students should make sure to attend the first lecture to receive further information about the course and its textbook.
If you decide to take the course, you must have accident insurance such as “Personal Accident Insurance for Students Pursuing Ed. & Rsch.(学生教育研究災害傷害保険)”.

講師4名が各テーマを3〜4回かけてリレー形式で講義し、現代の素粒子像の基礎となる概念を実験と理論の両面から易しく解説する。
自然界の最小構成要素である素粒子の世界の理解を通して、自然科学のスケールの大きさを実感することを目的とする。

素粒子の標準模型に登場する素粒子、６つのクォークと６つのレプトン、４つのゲージ粒子、ヒッグス粒子の性質とその間の相互作用について理解する。また、素粒子を観測するための実験技術の基礎、理論の基礎であるゲージ理論について概要を理解する。また、宇宙の素粒子的歴史についても理解する。

　以下の各講師が各講義テーマを3〜4回かけて講義する。授業回数はフィードバックを含め全15回とする。

杉本の講義テーマ　「素粒子の統一理論」

この世には膨大な種類の物質がありますが、それらを統一的に理解する試みが科学を大きく発展させてきました。例えば、一億種類以上あるとされる化学物質は電子と陽子と中性子というたった３種類の粒子の組み合わせで理解できることはご存じでしょう。これをさらに推し進めると、あらゆる物質はクォークやレプトンといった素粒子によって記述されるという現代的な物質像に至ります。ここでは、人類がいかにしてそのような理解に到達したのか、そしてその先にどのような理論があると考えられているかを解説します。

橋本の講義テーマ　「素粒子の標準模型と重力理論」
　現在、人類が実験により知りうるほとんど全ての現象を微視的に記述することに成功している「素粒子の標準模型」を数式で書くところからはじめ、その意味やそこから計算されるものについて概説します。また、現状の標準模型の問題点を説明します。そして、問題点を克服するための候補としての、標準模型を超える物理学、例として高次元理論や超弦理論を紹介します。

中家の講義テーマ　「実験・観測を通して探る現代の素粒子像」
　どのように観測し実験するのか、イメージがつきにくい素粒子の実験研究について紹介します。素粒子の標準模型に登場するクォークとレプトン、ゲージ粒子、ヒッグス粒子の測定を通して、素粒子実験の最先端に迫ります。また、未解決な謎「暗黒物質」、「消えた反粒子」等を実験的にどのように探るのかを解説します。

田島の講義テーマ　「素粒子と宇宙」
「宇宙は膨張している」という観測事実をもとに宇宙初期はビッグバンとよばれる高温高密度状態であったことを理解し、そこからわずか数分で「元素がどのように合成されたのか?」を素粒子標準模型に基づいて理解することを目指します。

＊　ノーベル賞等のホットトピックに対応して、講義の順番やテーマの内容・回数は年度によって変わります。
＊　各講師が何回目を担当するのかは、授業初回に連絡します。

特になし

平常点による評価（約60％）とレポート（約40％）に基づき評価する。
詳しくは講義の時に説明する。

レポートをまとめるために、素粒子の入門書を読むこと。

低温研究の発展にともなって、低温科学の領域は、理学はもとより広く工学・医学・農学・薬学などの分野に応用され、多くの最先端技術の基礎となっている。この講義は、低温科学についての高校教育と大学の専門教育の間のギャップを埋め、学生諸君に低温研究に対する理解を深めてもらうための入門的基礎講義である。

低温に於ける磁性や超伝導現象について理解する。それらの基本的な原理を理解し、それらがどのように基礎科学の発展に貢献しているか、また、実際どのように実用化されているかについても理解する。

授業回数はフィードバックを含めて計15回である。物質の観点から見た超伝導や磁性といった低温特有の基礎的な物性や、その応用について、各分野を専門としている教員が具体的なテーマをあげて、場合によってはビデオや簡単な実験によるデモンストレーションも行いながらリレー形式の講義を行い、研究に関する歴史的な話題から研究の現状・最新の研究成果に至るまで平易に解説する。内容は、以下のように予定している．

0.低温とは : ガイダンス，道岡
1.低温利用の実際とその周辺技術 : 大塚
2.超伝導の発見と歴史 : 道岡
3.有機超伝導 : 前里
4.超伝導線材と超伝導機器 : 土井
5.核磁気共鳴と化学・医療 : 野田
6.磁気相転移 : 田畑
7.走査トンネル顕微鏡と表面化学 : 奥山
8.フィードバック
コーディネーター：理学研究科 道岡千城

特になし

平常点と課題によってはレポートによる評価を行う。
詳細は授業中に説明する。

量子論と低温科学について、テキスト代わりのプリント資料を配布し、それに基づいた予習と授業終了時に出される課題（レポート）によって復習を行う。

様々な科学の分野で低温の役割は重要となってきているので、理科系はもちろん多くの学生の履修を希望する。

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。

19世紀までに確立した力学や電磁気学などの古典物理学から、20世紀になって発展した量子力学や相対論などの現代物理学へとつながる物理学の研究対象の流れを、実験と講義によって身近な現象として経験し、現代物理学への興味を深め理解することを目的とする。合わせて、新しい実験手法を習得する。

現代物理学の基礎について実験を通じて理解するとともに、実験結果を主体的にまとめる能力を養う。

8月20日(水)〜22日(金)、9月1日(月)〜2日(火)に、集中講義形式で実施する。
実験に関連した背景、原理について講義を行い、目的や意義を十分理解した上で実験に取り組む。
「光速を測定する」、「宇宙線を検出する」、「身近な放射線を調べる」、「フェムト秒光パルスの発生」などの実験テーマから適宜、実験実習を行う予定である。関連して、原子核、宇宙、素粒子実験の最新・最先端のトピックスについてもできるだけ紹介する。

物理学実験を履修しておくことが望ましい。

実験実施(60%)と実験レポート(40%)により評価する。

得られた実験データのまとめ・整理を行うこと。

成績報告が他の前期科目より遅れる場合があるので注意。
学生教育研究災害傷害保険などの傷害保険に加入のこと。
この科目は履修登録期間（確認・修正期間含む）に、KULASISで履修登録をする必要はありません。
6月上旬頃に、KULASISのお知らせ＞教務・厚生情報（全学共通科目）に履修登録案内を掲出します。