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。

※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、PandA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。

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．

基本的に定期試験の結果に基づき評価する．毎回小テストを行い，必要に応じて期末試験の結果に加点する．定期試験，平常点（小テスト）の評価割合は，80：20である．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．その日に返却される前回の小テストの間違いをチェックし，修正する．

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。

定期試験の結果に基づき評価する。

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。

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 PandA 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。

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 【3〜4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 【5〜6週】（今谷・澄川・木下・安部・河合）
・エネルギー機器の高温における構造物の変形挙動
・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 【4〜5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 PandA, 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を講義する。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 gives an introduction to statistical physics. In particular, I will introduce the probability concept in physics and the microcanonical and canonical ensembles.
Furthermore, this course aims to derive and understand the laws of thermodynamics, starting from a microscopic view. Among the subjects covered is the statistical interpretation of temperature and entropy.

In principle, this course is given in English. However, if there are parts that the students cannot understand in English, I can and will explain those in Japanese.

このコースでは統計物理学の入門を行う。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とカノニカルアンサンブルを説明する。
さらにこのコースでは、ミクロな視点から熱力学の法則を導き出し、理解することを目指す。また、温度とエントロピーの統計的解釈についても学ぶ。

このコースは原則として英語で行われる。ただし、英語で理解できない部分があれば、日本語で説明することも可能。

- Understanding the connection between microscopic Hamiltonian and macroscopic properties
- Understanding the laws of thermodynamics and the thermodynamic potentials starting from statistical physics

- 微視的なハミルトニアンと巨視的な特性との関連を理解する。
- 統計物理学から始まる熱力学の法則と熱力学ポテンシャルの理解

In principle, the course will be offered as the following plan. However, there may be small changes depending on the progress of the course.

1: Probability and rules for large numbers
2: Ideal gas and its velocity distribution function
3. Microcanonical ensemble and entropy
4: Laws of thermodynamics
5-6: Two-level system and the ideal gas in the microcanonical ensemble
7-8: Equilibrium between systems
9: Canonical ensemble and free energy
10: Applications of the canonical ensemble
11: Different ensembles and thermodynamics potentials
12-13: Relations between thermodynamic derivatives
14: Fluctuations and expectation values

<>
15: Feedback


本コースは、原則として以下のプランで実施する。ただし、進行状況により若干の変更がある場合がある。

1：確率と大数の法則
2：理想気体とその速度分布関数
3. マイクロカノニカルアンサンブルとエントロピー
4：熱力学の法則
5-6: 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
7-8: システム間での平衡
9: カノニカルアンサンブルと自由エネルギー
10: カノニカルアンサンブルの応用
11: 様々なアンサンブルと熱力学ポテンシャル
12-13: 熱力学的導関数間の関係
14: ゆらぎと期待値

最終試験
15：フィードバック

Basic Knowledge of calculus and classical mechanics.

Worksheets/reports (40%) + examination (40%) + attendance and participation (20%)　
ワークシート/レポート(40%) + 試験(40%) + 出席と参加の状況(20%)

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。

一般的な授業としての、復習をして欲しい。

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 and electrodynamics, emphasizing both intuitive understanding and mathematical reasoning. Designed for first-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 and electrodynamics 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 technologies.

Week 1: Introduction to Physics
- Course overview and expectations
- The scientific method and its application in physics
- Basic mathematical tools (algebra and trigonometry review)

Weeks 2-3: Kinematics
- Motion in one dimension: displacement, velocity, and acceleration
- Motion in two dimensions: projectile motion
- Utilizing vectors in physics

Weeks 4-5: Newton's Laws of Motion
- First, second, and third laws
- Applications and problem-solving strategies
- Friction, tension, and normal forces

Weeks 6-7: Work and Energy
- Work done by a force
- Kinetic and potential energy
- Conservation of energy principles

Weeks 8-9: Momentum and Collisions
- Linear momentum and impulse
- Conservation of momentum
- Elastic and inelastic collisions

Weeks 10-11: Rotational Motion
- Angular velocity and acceleration
- Torque and rotational dynamics
- Conservation of angular momentum

Weeks 12-13: Oscillations and Waves
- Simple harmonic motion
- Energy in oscillations
- Wave properties and types

Weeks 14-15: Electromagnetism Basics
- Electric forces and fields
- Basic circuits and Ohm's law
- Magnetic fields and forces

Week 16: Final Review and Examination

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.

Assignments will be given regularly to assess students' understanding of lecture content.

Evaluation:
- Assignments: 40%
- Final Exam: 50%
- Class Participation: 10% (includes attending lectures, engaging in discussions, and contributing to problem-solving activities, either individually or in small groups). Active listening and thoughtful questions are also valued.

Students need at least 60% in total to pass the course.

- Assignments will be given weekly, reinforcing key concepts and problem-solving techniques.
- Students are expected to review lecture notes and attempt practice problems before the next class.
- Reading relevant textbook sections in advance is recommended to enhance understanding and class engagement.
- Preparing for the final exam will require consistent revision throughout the course.

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。

生命・食料・環境について幅広く取り扱う学問である農学においては，生物学，化学がその基礎的学問として存在する。しかし農学が関連する地球規模での課題の解決が求められている今日においては，生物学的，化学的視点のみならず，物理学的視点も重要となる。
この授業では，農学において重要となる物理学の基礎について学び，物理学が農学にどのように応用されているかについて理解を深めることを目的としている。そして農学における現象や応用を物理学的な視点から理解することを通して，現象に対する多面的な理解力を涵養することを目指している。

・身近にある現象を物理的に捉えて考えることを学び，それらの説明ができるようになる。
・農学において物理学がどのように役立っているかについて理解を深める。
・生物の持つ階層や物理的特徴について理解し，農産物の特殊性について説明できるようになる。

講義は以下の計画に従うが，進度によって多少変更することがある。

（担当：未定）
第1回　　単位と力学の紹介
　　　　　物理単位に関する解説と4力学の紹介を行う。
第2回，第3回，第4回　　力学と農業機械
　　　　　農業機械の紹介とそれらを例に力学の基礎を解説する。

（担当：未定）
第5回，第6回，第7回　　電気
　　　　　電気の基礎を学び，導電率，インピーダンス，誘電率とその農業への応用について紹介する。合わせて計測手法やセンサについても学ぶ。
第8回　　電磁波，音響
　　　　　電磁波について学び電磁波の農業への応用例やマイクロ波を使った研究事例について紹介する。また音響の基礎について学ぶ。
第9回　　シミュレーション
　　　　　物理法則を応用したシミュレーションについて紹介する．

（担当：未定）
第10回，第11回　　光（可視領域）
　　　　　光の特性，発光原理について学び，光と植物成長の関係や分析手法について紹介する。
第12回　　音（振動）
　　　　　植物と音・振動の関係，産業への活用，超音波の農業への活用について学習する。
第13回　　味
　　　　　味の定義，味の知覚，味覚センサ，フィールテックについて学び，「美味しさとは」について考える。
第14回　　香り
　　　　　「におい」について学び，その知覚，センサ，香料の科学について学習し，香りと植物の関係について考える。

第15回　　フィードバック

授業開始時点では物理の知識は必要ではありませんが，授業中必要になる知識については，自学自習を求めます。

3回出題される課題レポートで評価します。授業回数の2/3以上の出席をした者を成績評価の対象とします。

授業で紹介する書籍による自学自習や，日頃から身の回りの身近な現象について，物理的視点（力，熱，エネルギー，光学現象など）で考えるように意識することを推奨します。

内容ごとに基本的な内容から説明し，理系文系を問わず理解できるように配慮します。

力学的運動のみならず、電磁気的現象など自然界のさまざまな分野に共通して登場する振動・波動の基礎について講義する。

自然界に現れる振動・波動現象の基礎的理解を通して、様々な物理現象について考察する能力を養う。

　単振動より始めて、減衰振動および強制振動を扱い、自由度が２の場合の連成振動を考察する。次に、一般の自由度の基準振動モードと基準座標について学ぶ。さらに、連続体の振動とそれを記述する波動方程式を述べ、その解の性質や固有振動を取り扱う数学的方法としてのフーリエ級数展開を論じる。これらをもとに波の重ね合わせや干渉・回折等の波の性質について考察する。授業では主に以下の内容について、フィードバックを含め全１５回として、１項目あたり２〜３週で講義を進める。
１. 単振動
単振動の方程式と解、調和振動子のエネルギー
２. 減衰振動と強制振動
抵抗と減衰振動、強制振動と共鳴
３. 連成振動と基準座標
バネ振り子の連成振動、基準座標と基準振動、多自由度質点系の基準振動
４. 連続体の振動
弦の振動、弾性体の振動、フーリエ級数、固有振動
５. 波動
波動方程式とその解、正弦波、波の反射と透過
６. 波の重ね合わせと干渉
波の干渉、位相速度と群速度、分散関係

受講者は物理学基礎論A,Bを履修していることが望ましい。

レポート課題(2回分あわせて合計30点満点で採点)と定期試験期間中の筆記試験(70点)に基づき評価する。詳しくは初回講義時に説明する。

講義をもとに自学することを勧める。

力学・電磁気学の基礎的知識を前提とする。