物理チャレンジ独習ガイド

物理チャレンジ独習ガイド

力学・電磁気学・現代物理学の基礎力を養う94題
著者名 特定非営利活動法人 物理オリンピック日本委員会
杉山 忠男
発行元 丸善出版
発行年月日 2016年12月
判型 A5 210×148
ページ数 316ページ
ISBN 978-4-621-30121-0
Cコード 3042
NDCコード 421
ジャンル 物理学 >  物理学一般 >  物理読み物
物理学 >  基礎物理学

内容紹介

高校物理を基本として、「国際物理オリンピック」の物理チャレンジ(第1チャレンジ、第2チャレンジ)で扱われる内容の、力学、電磁気学、現代物理の基礎を丁寧に解説し、関連する多くの問題を掲載している。物理チャレンジの出題方針に沿って、高校物理では扱われない微分・積分を、故意に避けると説明が不完全で意味不明なものになること避けるため、高校生が学ぶ上で無理のない程度に用いている。高校物理で扱われない、剛体の回転運動(8章)、特殊相対論の概要(20章)も扱う。また、初学者にはややレベルが高いと考えられる内容には「★印」がついている。物理の理解を深め、物理チャレンジや国際物理オリンピックに参加して各国の高校生と交流を深めたり、大学・大学院での幅広い研究活動の基礎を学ぶものとして役立つ一冊。

目次

第I部 力学
 1 運動の表現
  1.1 x軸に沿った運動
   速度/x-tグラフ/加速度/vtグラフ/不定積分/定積分/微積分の基本定理/速度から位置座標,加
   速度から速度を求める/等加速度直線運動
  1.2 3次元の運動
   位置,速度,加速度/ 円運動
 2 力について
  2.1 いろいろな力
   重力と質量/ばねの弾性力/摩擦力
  2.2 質点にはたらく力のつり合い
  2.3 剛体にはたらく力のつり合い
   ベクトルの内積と外積/力のモーメント/剛体のつり合い
 3 運動の法則
  3.1 運動の3法則
  3.2 運動方程式を用いる例
 4 運動方程式を使う
  4.1 運動方程式を解く
   放物運動/粘性抵抗のある場合の球体の運動
  4.2 慣性力
   加速度系での慣性力/慣性力の一般的導出/慣性力の例/
 5 保存則―運動方程式の積分―
  5.1 運動量と力積
   運動方程式の積分/運動量保存則と外力の力積/衝突と反発係数
  5.2 仕事とエネルギー
   仕事とエネルギー/保存力と力学的エネルギー/保存力と位置エネルギー/重力の位置エネルギー/弾
   性エネルギー/力学的エネルギー
  5.3 物体系の運動
   重心/反発係数と相対運動
 6 円運動と単振動
  6.1 円運動と遠心力
   遠心力/鉛直面内の円運動
  6.2 単振動
   単振動と等速円運動/エネルギー保存則/単振動のいくつかの例/単振り子
  6.3 重心と相対運動
 7 万有引力の法則とケプラーの法則
  7.1 万有引力の法則
   万有引力の法則の導出/ケプラーの第3法則/球形物体による万有引力
  7.2 万有引力とケプラーの法則
   万有引力による位置エネルギー/ケプラーの第1法則/ケプラーの第2法則
  7.3 ケプラー運動
 8 剛体の回転運動
  8.1 角運動量保存則
  8.2 中心力と角運動量保存則
  8.3 剛体の固定軸のまわりの回転運動方程式 
   角運動量の角速度を用いた表現/慣性モーメント/外力のモーメント/回転運動方程式/回転の運動エ
   ネルギー
  8.4 慣性モーメント
   重心と重心系/平行軸の定理/直交軸の定理
  8.5 剛体の回転運動
   滑車の回転/斜面上を転がる球/剛体の微小振動
第II部 電磁気学
 9 静電場
  9.1 静電気
   帯電現象と電荷/導体と絶縁体/静電誘導/箔検電器
  9.2 クーロンの法則
  9.3 電場と電位
   電場/電位/電場と電位の関係/電荷系のつり合い/電荷系の静電エネルギー
 10 ガウスの法則とコンデンサー
  10.1 電気力線とガウスの法則
   電気力線/ガウスの法則/ガウスの法則の積分表現
  10.2 ガウスの法則の導体系への適用
   導体表面の電荷と電場/鏡像法
  10.3 コンデンサー
   平行板コンデンサー/コンデンサーの接続/CR回路の充電と過渡現象
 11 誘電体と直流回路
  11.1 誘電体
   誘電分極/誘電体内の電場/誘電体の挿入されたコンデンサーの電気容量
  11.2 電流とオームの法則 
   電流/オームの法則/電力/電流に関するミクロな考察
  11.3 直流回路
   電池の起電力と端子電圧/抵抗の接続/非線形抵抗
 12 電流と磁場
  12.1 磁場の導入
   磁石の磁場/ローレンツ力と磁場の定義/電流に磁場から作用する力/ホール効果
  12.2 電流のつくる磁場
   いろいろな電流のつくる磁場/ビオサバールの法則/アンペールの法則
  12.3 磁性体
 13 電磁誘導と回路
  13.1 電磁誘導
   電磁誘導の法則/誘導電場/積分形式の電磁誘導の法則
  13.2 ローレンツ力と誘導起電力
  13.3 電場と相対論
   座標変換で生じる電場/電場の起源/力の変換
  13.4 自己誘導と相互誘導
   自己誘導と相互誘導/コイルに流れる電流と磁束
 14 交流と電気振動
  14.1 交流
   交流の発生/実効値と各素子に流れる交流/RLC直列交流回路/交流のベクトル表現/変圧器
  14.2 電気振動
 15 電磁波の発生
  15.1 マクスウェル-アンペールの法則
  15.2 平面波
  15.3電磁波
   波動方程式/電磁波の方程式/いろいろな電磁波
第III部 現代物理学入門
 16 量子論の誕生
  16.1 プランクの量子仮説
  16.2 アインシュタインの光量子論
  16.3 光電効果 
   仕事関数/光電効果の基本的な関係式/光電効果の検証
  16.4 コンプトン効果
   可視光による散乱/コンプトンの実験/光子の運動量/コンプトン効果の計算(非相対論)/相対論的
   運動量とエネルギー
 17 前期量子論
  17.1 原子構造
   いろいろな原子模型/ ラザフォードの実験/
  17.2 ボーアの水素原子模型
   水素原子のスペクトル/ボーアの水素原子模型/振動数条件とスペクトル系列/ボーア‐ゾンマーフェ
   ルトの量子化条件
  17.3 X線回折
   連続X線/特性X線/X線回折
  17.4 ド・ブロイ波
  17.5 不確定性原理
 18 いろいろな物質
  18.1 パウリの排他律とスピン
   同種粒子/波動関数の対称性
  18.2 金属
  18.3 絶縁体と半導体
   絶縁体/半導体
 19 原子核と放射線
  19.1 原子核
   原子核の構成/核力/原子量と原子質量単位
  19.2 放射線
  α崩壊/β崩壊/γ崩壊
  19.3 半減期
  19.4 原子核反応
   質量欠損と結合エネルギー/核反応/核分裂と核融合
 20 特殊相対論の概要
  20.1 マイケルソン干渉計 
  20.2 ローレンツ収縮
  20.3 特殊相対論の仮定
  20.4 時間の遅れ
  20.5 光のドップラー効果 
   横ドップラー効果/縦ドップラー効果
  20.6 ローレンツ変換
  20.7 速度・加速度の変換則
   ガリレイ変換/速度の変換則/加速度の変換則
  20.8 相対論的力学
   相対論的運動方程式/運動量とエネルギー

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