これから２年間をかけて、皆さんは身の回りの現象の背景を物理学的に説明できるようになっていき、最終的には相対論や量子論の世界を垣間見ることになります。そのはじめの１年として学ぶ物理基礎は主に３つの分野で構成されます。まずはじめに、現代物理学のあらゆる分野の基本となる「力学」。続いて、大多数の粒子に対して用いられる「熱力学」、そして現代物理学を理解するために欠かせない「波動」へと進みます。


注意：高２の１学期で学ぶ「力学」こそが物理学において最重要です。「最も」重要です。この学期だけは、内容を習得するために必要な学習時間を、各自にとって十分な量だけ物理に充ててください。
～１学期～【運動学、および力学の基本体系の理解】

物理学の対象と、運動の表し方
- 位置・速度・加速度
- ベクトル、微分、定積分
- 単位と次元
- 投射
- 円運動
- 単振動
- 相対運動

このセクションでは、数式を用いて運動を記述するとはどういうことかを学びます。まず、もっとも基本的な記述方法として位置・速度・加速度をベクトル量として導入します。概念をより本質的かつなるべく正確に理解するために、多少の数学を使用します。ただし、使用する数学は高校程度のものに限ります。その後、具体例として投射（自由落下ほか）、円運動、単振動、相対運動の数学的な記述方法を学びます。


運動の３法則
- 慣性の法則
- 運動の法則（運動方程式）
- 作用反作用の法則
- 慣性力（座標系自身の運動による効果）
- 各種の力を紹介（万有引力、クーロン力、地球表面上の重力、垂直抗力、摩擦、張力、弾性力、抵抗力、浮力）
具体的なアプリケーションとして、
- 投射
- 束縛条件
- 摩擦下の運動
- 単振動
- 単振り子
- 円運動（万有引力など）　※エネルギーの学習を進めた後により詳しく学びます。

このセクションでは、運動を解析するための“枠組み”をつくっていきます。慣性の法則で特殊な座標系を導入し、運動方程式によって力と運動を紐付け、作用反作用によってその力が相互作用であることが明示されます。


【ここまでの学習におけるポイント】
　まずは、数学による記述に慣れて計算に習熟することが重要です。そのうえで、物理学の理解として重要なところは次の通りです。すなわち、運動の３法則（慣性の法則、運動の法則、作用反作用の法則）が互いにどのような関係にあるか、なぜこのように要請されているのか、を理解することが重要です。この理解によって、あなたは現象に対する体系的なアプローチ方法を得られます。
　また、ひとつひとつの概念や定義をあなた自身の言葉で説明できるようにしましょう。その際、どれが定義で、どれが定義から導かれるべき公式であるかも意識すると学習の助けになります。公式の導出過程には、なぜその方針を取るのか？という必然性が必ずありますから、その心を感じとって言語化してください。


１学期中間試験
　数学による運動の記述ができるか、力学によって運動を解析する方法を習得しているかどうかの習熟度を問います。単に公式を知っていて使えるかどうかのみならず、どの程度まで概念を理解して、どの程度詳しく丁寧に自身で議論できるようになっているかを重要視して学習に取り組んでください。
　また、授業内で解説した内容に関連した事項や問題集の問題もすべて出題範囲です。これは以下の各試験でも同様です（以下、記載を省略します）。

2021年度はこのタイミングで教育実習を実施する予定です。

運動量の導入
- 運動量変化と力積
- 運動量保存則と作用反作用
エネルギーの導入
- 運動エネルギー変化と仕事
- 保存力と位置エネルギー
- 力学的エネルギー保存則
- ※角運動量変化と力のモーメントの関係

これらを利用した解析の例として、
- 地球表面上の重力下での運動
- 摩擦下での運動
- 弾性力下での運動

このセクションでは、「運動に付随する保存量」という観点から運動を解析します。これは、以前の運動方程式による解析を抽象化したものです。運動方程式を微分方程式として捉え、それを積分するという観点から運動量やエネルギーといった概念を導入します。


【ポイント】
　エネルギーは非常に抽象的な概念です。「エネルギーとは何か」については現代物理学の中でも未だに正体がわかっていません。ただ、孤立した系における保存量だということだけがわかっています。このような抽象的な概念の習得には、議論の流れと必然性を自身で再現できるように訓練することが近道です。ただ単に結果を使えるようにするのではなく、あなた自身がしている立式や操作が何を目的としているのかを理解した上で使えるようにしましょう。



１学期期末試験
　１学期中間試験の内容を含め、１学期の授業を通じて学んだすべての内容とそれに関連する事項を出題範囲とします。ある一つの現象を解析する方法として、運動方程式だけではなく保存量という抽象的な概念を使えるようになっているかを確認します。特に、それぞれの保存則がどのような条件で成立するものなのかを理解し、立式に際してその条件を確認できているかどうかを重要視します。

※1学期予定範囲の変化に対応するためにマージンを取れるように配置しました。

～２学期～ 多体系の取り扱い
２体問題
- 運動量保存下における運動（衝突、バネで連結された２物体の運動など）
- 重心座標系による記述
- 角運動量保存則と天体の運動：万有引力の有効ポテンシャル
剛体の力学
- 自由度
- 静止条件

【ポイント】
　２体問題は１学期の内容に基づいて議論される各論ではありますが、物理学の定石を知るうえでとても有益です。特に、位置エネルギーの概形と全エネルギーの値から運動の概要を知る方法は、現代物理学の根幹を担う重要な手法です。その美しさをぜひ感じてください。
　高校範囲の剛体の力学では、実際に方程式を立てて解くことは容易です（実際、この単元は教科書の第２章の内容）。しかし、より重要なことは、剛体近似のもとで方程式の形がどのように制限されて簡略化されるか、あるいは系の方程式を解くことができる理由はなにか、そもそもなぜそのような方程式を作りたくなるのか、といった本質的に重要な点を理解することでしょう。


２学期中間試験
　２学期の初めから中間試験前最後の授業の間に取り扱った内容と、それに関連する事項を出題範囲とします。本試験では、エネルギーや運動量、あるいは角運動量といった視点から運動を理解できているかどうかを確認します。また、剛体の運動がなぜ簡単に解析できるのか、実際にどのような現象が例として挙げられていたか、などついて体系的な理解を問います。また、１学期で学んだことが基礎となっているので、1学期で学んだ内容とも少なからず重複する部分もあります。

これまで着目してきた質点という“ミクロな”対象から、非常に多数の粒子からなる“マクロな”系の状態遷移を記述する「熱力学」に議論を移していきます。

まず、気体の分子運動のマクロな帰結として得られる圧力について、力学の観点からその性質を学びましょう。続いて、「熱」という量を力学的な仕事を通じて定義します。これらの基本概念に基づき、応用例として熱機関を議論します。

熱力学の対象
- 熱の取り扱い
- 平衡状態
- 状態変数(P,V,T)
- 理想気体
熱力学の基本法則
- エネルギー保存則
- 仕事の定式化
- 内部エネルギーの定式化と気体の分子運動論
- 状態変化
- 定圧変化
- 定積変化
- 等温変化
- 断熱変化

熱機関による熱効率


【ポイント】
　前半は、定義と原理を大切にしましょう。特に、熱という概念の定義を正確に把握するのがとても重要です。また、気体の分子運動に着目することで、気体の温度や圧力といったマクロな物理量がミクロな視点だとどのような意味を持つのかが明らかになります。ただし、熱力学は本来マクロ系の理論であり、ミクロな物理に基づいて構成されているわけではないことに留意しましょう。
　後半は、熱力学第一法則を中心に置きつつ、熱平衡状態の移り変わりを議論していきます。ここでは代表的な４つの過程を学びますが、それぞれの過程の定義はなにか、その定義のもとで熱力学第一法則がどのように書き下されるか、などに留意しましょう。熱力学は、全体像を構築できるかどうかが理解のためのコツです。


２学期期末試験
　２学期中間試験の内容を含む、２学期の授業を通じて学んだすべての内容とそれに関連する事項を出題範囲とします。中間試験範囲については、対応部分の記述を参照してください。
　熱力学については、ポイントとして挙げた内容がとても重要です。マクロな系というある意味でブラックボックス的なものを扱うためには、理論（考え方の枠組み）を把握することが再優先事項です。この点についての習熟度を問います。その上で、具体的な熱機関の取扱いについても親しみを覚えられるようにしておきましょう。

～３学期～【現代物理の発展の基礎となる概念を構築】
現代物理学において最も重要な分野でもある「波動」について理解していきます。まずはじめに波の定義を述べ、媒質中のある一点の運動が周囲へ伝わっていくイメージを持ちます。

波の性質
- 波と媒質の運動
- 波の伝わり方
- 重ね合わせの原理
応用例
- ドップラー効果
- 定常波、うなり
- 発音体の振動と共振・共鳴

【ポイント】
　波の一般式は、おそらくみなさんが初めてまともに扱う２変数関数です。単に一般式を扱うことだけではなく、その導出過程を理解して自身で導き出せるようになることこそが重要です。これにより、波動の伝わり方、動き方を理解することができます。2変数関数であるが故に慣れるまではイメージしにくい内容ですが、数式が持つ意味を常に考えてください。
　ドップラー効果は、幾何学的な導出過程を自身で再現できるようにすることが求められます。特に、どのような座標系のもとで議論をしているのか、選んだ慣性系に依らない物理量は何かなどに着目しましょう。
　音（空気の疎密波）を中心に据え、複数の波動の相互作用の結果として生じる定常波やうなりといった現象を学びます。


３学期　学年末試験
学年末試験では、１、２、３学期で学んだすべての内容が出題範囲となります。１、２学期からの出題については、対応部分の記述を参考にしてください。
　波動分野では、波の基本式の導出を丁寧に言語化できているかどうかや、波の一般式の導出が最初に重要となるポイントです。その上で、現実的な例として、さまざまな状況における諸公式を必然性に基づいて導出できるようになりましょう。

また、学年末試験では、１年間で学んだ内容がどれだけ体系化されているかも重要視します。個々のトピックスだけを個別に理解するのではなく、それぞれがどのような関係にあるのかまで意識を向けておくことを勧めます。

種別

定期試験

平常点は以下の項目により算出します。
- 課題の提出
- 小テスト
- 授業中の積極的な発言

レポート

小テストなど

授業での取り組み状況

教科書・教材

物理基礎

数研出版

104数研 物基/318

教科書

総合物理1・2

数研出版

教科書

体系物理

教学社

問題集

参考書

理論物理学への道標

河合塾

参考書兼問題集。ハイレベルかつ興味深い記述や問題がある。最難関志望者向け。

物理基礎問題精講

旺文社

体系物理以外の同レベル問題集。週末課題として一部配布します。

物理重要問題集

数研

入試標準～やや難程度の問題集。解答例が詳しい。