今後の予定 4日目 10月13日（木）教科書販売，1章感想レポート提出班編成の確認講義（2章の続き，3章） 5日目 10月20日（木）小テスト１～２章の内容（分子間の力の向き，エネルギーの増減）講義（3章の続き，4章）口頭報告課題発表 6日目 11月27日（木）講義（4章の続きなど）班で討論 7日目 11月 2日(木）口頭報告＜次回までの課題＞ 1. ２章を読む．【参考】の部分は必ずしも読む必要はない．A4レポート用紙 1枚に感想・質問を3行以上書いて次回の授業の最初に提出． 1 2. これまでの復習（小テスト準備，提出不要）質問・要望への回答 • ワークシートの裏面に感想・質問を3行以上書くこと！ • 古典力学が成り立つ大きな物体ではほぼ運命が決まっていると言うことはできないのだろうか？ • 物体を手で支えているときに手が上下動をするのなら物体に対して仕事をしていることになるのでは？ → 物体のエネルギーは上下動によっては増加し続けない． • 手で物体を持つときに熱エネルギーが発生するのはなぜか？ → 筋肉の微細な伸縮による摩擦熱など． • 発生した熱エネルギーはどこに行くのか？ → 熱エネルギーのまま周囲に拡散していく． • 地下に行くと位置エネルギーはマイナスになるのか？ → 位置エネルギーの基準点が地面ならそうなる． • 最終的にはエネルギーはすべて熱エネルギーになるのか？ → そういう傾向はある．理由は5章で説明する． • ポテンシャルエネルギーは空間に蓄えられているそうだが，それがなぜ運動エネルギーに変わったりするのですか？ → ポテンシャルエネルギーが減る方向に力がはたらくから． 2 未来を予測する方法ニュートンの運動方程式 F=ma 力Fと質量ｍがわかっていれば，加速度aがわかる．加速度がわかれば，未来の速度がわかる．未来の速度がわかれば未来の位置がわかる． 3 古典力学で近似可能な範囲巨視的（マクロ）惑星の運動リンゴの落下コロイド粒子の運動（ブラウン運動など）分子全体の運動（並進・回転）分子内の原子の振動原子・分子内の電子の運動原子核内の陽子・中性子の運動古典力学で近似可能古典力学で近似不可能 → 量子力学計算必要微視的（ミクロ） P6 図１－５ 4 質問１宇宙空間（真空・無重力状態）で物体が一定の速度で運動し続けるためには外部から力を加え続ける必要があるか？ 1. 必要あり 2. 必要なし 5 未来を予測する方法ニュートンの運動方程式 F=ma 力Fと質量ｍがわかっていれば，加速度aがわかる．加速度がわかれば，未来の速度がわかる．未来の速度がわかれば未来の位置がわかる． 6 分子が動き続けるエネルギーはどこから供給されるのか？ 7 ・運動エネルギー 1 2 E K  mv 2 ・ポテンシャルエネルギー（＝位置エネルギー） P30 図２－２山を越えていくボールの運動運動エネルギー＋ポテンシャルエネルギー＝力学的エネルギー 8 エネルギー保存の法則エネルギーは様々な形態を取るが，その総量は常に一定である． • • • • • • • • • 運動エネルギー重力のポテンシャルエネルギー静電気力のポテンシャルエネルギー磁力のポテンシャルエネルギーバネの弾性エネルギー熱エネルギー光エネルギー電気エネルギー化学エネルギー etc. 9 熱エネルギーの正体は何か？分子の運動マクロな物体の運動向きのそろっていない分子の運動のエネルギーが熱エネルギー P31 図２－４ 10 質問２水筒に水を入れて振ると温度はどうなるか？ 1. 上がる 2. 下がる 3. 変わらない 11 問題１磁石にスチール缶をくっつけたときと離したときで，どちらが磁力のポテンシャルエネルギーが大きいか. 1. くっつけたときの方が大きい 2. 離したときの方が大きい 3. どちらも同じ 12 ポテンシャルエネルギーの大小の見分け方 • 運動エネルギーが発生したら，その分ポテンシャルエネルギーは減っている．（エネルギー保存の法則より） • 他からエネルギーを加えて実現できる状態はポテンシャルエネルギーが大きい．（エネルギー保存の法則より） 13 よくある間違い • 磁石に近い方が力が強いので，ポテンシャルエネルギーも大きいだろう．力とポテンシャルエネルギーは違う！ 14 問題２磁石のN極にもうひとつの磁石のN極をくっつけたときと離したときで，どちらが磁力のポテンシャルエネルギーが大きいか. 1. くっつけたときの方が大きい 2. 離したときの方が大きい 3. どちらも同じ投票数: 40 15 ポテンシャルエネルギーの増減は何によって決まるのか？ポテンシャルエネルギーと力の関係は？ • ポテンシャルエネルギー → 運動エネルギーに変換可能. • 力 → 物体を加速できる. → 運動エネルギーを増加させることができる． 16 落下・上昇にともなう重力ポテンシャルエネルギー変化重力力に従って移動 → EP減少力に逆らって移動 → EP増加 P32 図２－５ポテンシャルエネルギーと力の関係は？ dE P  F dr 17 微分とは？ 18 微分記号の d は変化量（増加量） D が無限に小さいということ． dr Dr r2  r1 v   dt Dt t2  t1 dr Dr は瞬間の速さは平均の速さ dt Dt 19 力に逆らって移動 dEP DEP   F dr Dr DEP   FDr • 移動方向をプラスに取ると，移動距離Dr ＝プラス力F ＝マイナスポテンシャルエネルギーの増加量DEP ＝マイナスよって，Fの前にマイナスがつく．力 • Fが同じなら， Dr が大きいほど， DEP は大きくなる • Drが同じなら， Fが大きいほど， DEPは大きくなる． 20 微分は傾き！ y Dy Dy Dx Dx x P34 図２－７ 21 ポテンシャルエネルギーと力の関係 F：正の大きな値 EP F：正の小さな値 EP 傾き：負の大きな値傾き：負の小さな値 r r F=0 EP 傾き＝０ r dE P  F dr F=0 EP 傾き＝０ r 力とエネルギーは違う！ 22 ポテンシャルエネルギーと力の関係 F=0 F：正の値 F：正の値 EP F=0 r dE P  F dr 力とエネルギーは違う！ 23 問題３（１）２つの電子間の距離と静電ポテンシャルエネルギーの関係をグラフにせよ．（２）２つのAr分子間の距離と分子間力によるポテンシャルエネルギーの関係をグラフにせよ．ただし，模式的なグラフでよい．また，粒子間の距離rが無限大の時のポテンシャルエネルギーをゼロとする． 24 分子間距離とポテンシャルエネルギー EP r = ∞のとき Ep=0 0 r dE P  F dr P35 図２－８ Epはマイナスになってもよい． 25