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2019年度シラバストップ > 高Ⅲ年7組 > 理科 > 物理

教科
科目
学年・組
授業時間
担当者
理科
物理
高Ⅲ年7組
週6時間
必修選択
秋田

到達目標


 この世界を支配する最も基本的な、究極の法則はなにか?一見違うものに見えるいくつかの現象は、実は同じものではないか?この問に対して非常に多くの研究者達が日夜議論を交わしています。この授業では、人類が積み重ねてきた過去の遺産を通じて、新しいアイデアや概念がどのように生み出されてきたかあるいはどのように統合されてきたのかを感じてもらいます。

 より具体的には、到達目標として以下の各項目を据えます。

1.各物理量の定義を理解し、そこから導かれる公式の意味を味わう
2.さまざまな公式が導出される過程とその必然性を理解し、自身で議論を再現できる
3.未知の(初見の)現象にたいして、物理学の原理主義的な態度からアプローチできる

さらに、これらの目標達成を通じて、

4.自然現象に宿る法則の数式的な表現と直観的なイメージを自由に行き来できる
が実現できれば最高です。

授業の進め方・学習方法


【進め方】
 授業は、板書やプリントを主に使用し、必要であれば映像資料や演示実験を適宜取り入れます。配布資料や教科書・ノートという基本的なものを準備した上で授業に出席することを求めます。

【学習方法】
 自然現象の原理を追及し、その本質を見極める探究心を持てるかどうかが、理科の実力がつくかどうかのカギです。わからないことがあるのが当然であり、それに対してどうアプローチするか?なぜそのアプローチをしたくなるのか?と、内容について常に問をつくることを意識しましょう。
 また、授業で議論するさまざまな内容を自分自身で再現する練習を積みましょう。定義から出発して、論理の必然性を追いながら定理(公式)の導出を行い、各概念の相関図から全体像を把握しましょう。この後でもまだ余力がある場合には、問題演習に進みましょう。いろいろとコツはありますが、ここに書くにはスペースが足りないので授業の中で適宜話していきます。
 「理解しよう」と思うと教科書やテキストを何度も再読する人がいますが、実はその行動にあまり効果は高くありません。単に繰り返し読むのではなく、「問」を作ってから読み始めましょう。あるいは、知識を覚えることを遠ざけすぎないように気をつけましょう。知識というものは単なる字面の暗記ではなく、複数の事実や事項から考え出された成果物でもあります。不細工でもいいですから、あらゆるものを自分なりの言葉で表現してみましょう。そうして自分の中に新たな知識・体系が広がっていくことを楽しんでください。

授業スケジュール


学期
学習内容
1学期
~1学期~【電磁気学】

 高校3年では、まず電磁気学を学びます。電磁気学には、磁場や電位などの抽象的な概念が出てきますが、力学で学んだ基礎に基づいて理解できます。新学期に向けてしっかりと復習をしておきましょう。特に、位置エネルギーから運動の概要を理解できることが望ましいです。

第4編 電気と磁気

 第1章 電場
  1.静電気力
  2.電場
--電場を導入し、基礎方程式からクーロンの法則を求める現代的な方法を用いる
--ガウスの法則
  3.電位
--力学との対応を用いてエネルギーの議論を行う
  4.物質と電場
--電場が生じている事による応用例

続いて、電荷分布が時間変化する最も簡単な例として、荷電粒子の1次元的な運動を考える。
 第2章 電流
  1.オームの法則

静電荷に対してはたらく力として電場を定義したが、ここでは時間変化する電気量にはたらく力として磁場を定義する。ここでもできる限り現代的な視点から整理しつつ、基本原理と諸公式との対応を見ながら体系的に理解を進めていく。
 第3章 電流と磁界
  3.電流が磁場から受ける力
  2.電流のつくる磁場 --アンペールマクスウェルの法則
  1.磁場 --モノポール非存在
  4.ローレンツ力

1学期中間試験
 まずは各物理量の定義を正確に把握しましょう。これまで以上に、電磁気分野は抽象的な物(日常感覚とは乖離したもの)を取扱います。その上で、日常の体験として理解している種々の現象やこれまで理解してきた理科の知識(原子構造)などについて、電場の振る舞いや電位による運動の予想を用いて電磁気学的に語れるようになりましょう。
また、電荷の運動に関する力学の問題として電磁気学を見れるようにすることも重視する要素の一つです。
1学期中間試験
1学期
◎電磁気学の最後の法則であるファラデイの電磁誘導の法則を知り、これまで学んだ4つの基本原理に基づいて電磁波が存在すること、および電磁気による相互作用が近接作用として理解できることを学ぶ。

 第4章 電磁誘導と電磁波
  1.電磁誘導の法則
  5.電磁波

また、マクスウェルによる電磁波と光の対応の発見を通じて光の特性について学び、最後に、光の波動現象に関連して、幾何光学と呼ばれる回折が生じない範囲での工学的応用を述べる。
 ※光の偏光、散乱、レンズなど。参加者の様子を見つつ、余裕があれば特殊相対論に触れます。


1学期期末試験
<定期試験について>
ここまでで電磁気学の枠組みはすべて完成しており、試験ではその体系的な理解を問います。また、電場や磁場といった基本的な概念の正確な理解や、荷電粒子の運動における力学的な取扱いなどを問います。また、電磁誘導の法則の理解はもちろん、これまでの知識を用いて存在が示される電磁波についても自身で議論の流れを再現できるように練習を積むことが重要になります。
1学期末試験


学期
学習内容
2学期
~2学期~【電磁気学の応用・現代物理学の発展】

続いて、電磁気学をマクロな対象に適用した成果として、回路理論について学ぶ。
電磁気学の工学的応用として以下の4点について学ぶ。
 ・回路素子(抵抗、コンデンサー、コイル)
 ・直流回路
 ・交流回路
 ・インピーダンス

教科書の対応範囲は次の通り。
第2章 電流
  2.直流回路
    ※第1章5.コンデンサー
  3.半導体

 第4章 電磁誘導と電磁波
  2.交流の発生
  3.自己誘導と相互誘導
  4.交流回路


2学期中間試験
 回路理論(エレクトロニクス)について学びます。例によって例のごとく、まずは基本的な物理量の定義をおさえましょう。各物理量の定義と定性的な議論から得られる結論を把握し、それらがこれまで学んだ電磁気学を利用するとどのように理解されるのか。それらをどれだけ自身の言葉で言語化できるようになったのかを問います。直流や交流のそれぞれについてやや複雑な計算もしますが、立式の根拠と結果の吟味を行う部分が物理です。途中の計算の煩雑さに惑わされないように注意しましょう。
2学期中間試験
2学期
◎これまで学んできた物理学の集大成として、一般には前期量子論と呼ばれる原子物理分野の事項について触れます。あらたな実験事実、力学や電磁気学の理論体系、波動論などすべての要素を用いて新しい概念を構築していくため、これまでで学んだ物理がどの程度習得できているかがこの分野の理解を決めます。逆に、ここまでの過程がしっかり歩めていれば、概念的な新しさはあるが基本的な考え方はこれまで通りだという分野でもあります。

第5編 原子

 第1章 電子と光
  1.電子
  2.光の粒子性
  3.物質の波動性

 第2章 原子と原子核
  1.原子の構造
  2.原子核
  3.原子核の崩壊
  4.核反応と各エネルギー
  5.素粒子

2学期学年末試験
 現代物理学が発展する契機となった現象について、これまで学んだ物理を総動員しながら理解をしましょう。これまで2年間で学んだ全分野が多彩に絡み合っているため、あえて試験範囲を述べるなら「高校物理全体」です。ミクロな世界を記述するためのすべての出発点である質点の力学、多粒子系へ拡張した剛体の力学や流体を扱った浮力や波、我々が知っている現象のうち90%ほどを説明することができる電磁気学、多粒子系の極限としてマクロな有効理論の強さを学んだ熱力学。これらすべてに対して、確固たる根拠とともに意見を述べ、自分なりの表現で語れるようになってください。
学年末試験


学期
学習内容
3学期
3学期末試験は実施しない

成績評価方法


種別
割合(%)
評価基準など
定期試験
60
以下の各点を評価として加点していきます。
・課題の提出状況や達成度
・授業時の質問回数や着眼点
・小テストなど授業中の取り組みの結果
レポート
0~40
小テストなど
0~40
授業での取り組み状況
0~40

教科書・教材/参考書/参考サイト


教科書・教材
書名
出版社
教科書番号/code
備考
総合物理1・2
数研出版
物基/306
教科書
体系物理
教学社
下妻 清

参考書
書名
著者
出版社
コード
備考
物理教室
河合塾物理科
河合出版
教科書+例題集。とてもバランスが良く、適度に詳しいので授業の予復習にちょうどよい。
実践・物理重要問題集
数研出版
単元別入試演習。解説が丁寧。

担当者からのアドバイス


 物理では、すでに学んだ内容をもとにして新たに理解を進め、有機的なつながりを感じていくという場合が非常に多くなります。そのため、ハイレベル、ハイスピードな授業展開についてこれるように復習を確実に行いましょう。この概念を説明できるか?10歳の子どもに教えるならどう話すか?その概念を使って表されているこの式の意味はなにか?それが成立する根拠は?その背景にはどんな原理があるのか?他の場合に応用は可能なのか?など、知的好奇心を最大限に刺激して考え続けましょう。物理学は、あなたの飽くなき知的好奇心にどこまでも耐えうるであろう学問です。