前付け目次とまえがきFront Matter原書前付け

Physics物理

SENIOR CONTRIBUTING AUTHORS PAUL PETER URONE, CALIFORNIA STATE UNIVERSITY, SACRAMENTO ROGER HINRICHS, STATE UNIVERSITY OF NEW YORK, COLLEGE AT OSWEGO

主要執筆者ポール・ピーター・ユローン(カリフォルニア州立大学サクラメント校) ロジャー・ヒンリクス(ニューヨーク州立大学オスウィーゴ校)

CONTRIBUTING AUTHORS FATIH GOZUACIK, PENNSYLVANIA DEPARTMENT OF EDUCATION DENISE PATTISON, EAST CHAMBERS ISD CATHERINE TABOR, NORTHWEST EARLY HIGH SCHOOL

執筆協力者ファティ・ゴズアジク(ペンシルヴェニア州教育局) デニス・パティソン(イースト・チェンバーズ学区) キャサリン・テイバー(ノースウェスト・アーリー高校)

OpenStax Rice University 6100 Main Street MS-375 Houston, Texas 77005

OpenStax ライス大学 6100 Main Street MS-375 Houston, Texas 77005

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©2020 Texas Education Agency (TEA). この教材はもともと、質の高いオープンソースの教材を学区へ無償で提供するというテキサス州教育局(TEA)の取り組みによって作られた。図版・構成その他の内容の更新を含め、元の教材には変更が加えられている。元の教材は次で入手できる——https://www.texasgateway.org/book/tea-physics 教科書の内容はクリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンス(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)(CC BY 4.0)のもとで提供される。

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HARDCOVER BOOK ISBN-13 978-1-975076-51-1 B&W PAPERBACK BOOK ISBN-13 978-1-975076-50-4 DIGITAL VERSION ISBN-13 978-1-951693-21-3 ORIGINAL PUBLICATION YEAR 2020 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

上製本 ISBN-13 978-1-975076-51-1 白黒並製本 ISBN-13 978-1-975076-50-4 電子版 ISBN-13 978-1-951693-21-3 初版発行年 2020 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

OPENSTAX

OpenStax provides free, peer-reviewed, openly licensed textbooks for introductory college and Advanced Placement® courses and low-cost, personalized courseware that helps students learn. A nonprofit ed tech initiative based at Rice University, we’re committed to helping students access the tools they need to complete their courses and meet their educational goals.

OpenStaxは、大学の入門課程とアドバンスト・プレースメント®課程のために、無料で査読済み、オープンライセンスの教科書と、学びを助ける低価格で個別化された教材を提供している。ライス大学を拠点とする非営利の教育技術の取り組みであり、学生が課程を修め、学びの目標を達するのに必要な道具を手にできるよう力を尽くしている。

RICE UNIVERSITY

ライス大学

OpenStax, OpenStax CNX, and OpenStax Tutor are initiatives of Rice University. As a leading research university with a distinctive commitment to undergraduate education, Rice University aspires to path-breaking research, unsurpassed teaching, and contributions to the betterment of our world. It seeks to fulfill this mission by cultivating a diverse community of learning and discovery that produces leaders across the spectrum of human endeavor.

OpenStax、OpenStax CNX、OpenStax Tutorはライス大学の取り組みである。学部教育への独自の力の入れ方で知られる主要な研究大学として、ライス大学は道を切り開く研究、比類ない教育、そして世界をよりよくすることへの寄与を目指している。人の営みのあらゆる領域で指導者を生む、多様な学びと発見の共同体を育てることで、この使命を果たそうとしている。

PHILANTHROPIC SUPPORT

慈善による支援

OpenStax is grateful for our generous philanthropic partners, who support our vision to improve educational opportunities for all learners.

OpenStaxは、すべての学ぶ人に教育の機会を広げるという私たちの構想を支えてくださる寛大な慈善の協力者に感謝する。

Laura and John Arnold Foundation

The Maxfield Foundation

Arthur and Carlyse Ciocca Charitable Foundation

Burt and Deedee McMurtry

Ann and John Doerr

Michelson 20MM Foundation

Bill & Melinda Gates Foundation

National Science Foundation

Girard Foundation

The Open Society Foundations

Google Inc.

Jumee Yhu and David E. Park III

The William and Flora Hewlett Foundation

Brian D. Patterson USA-International Foundation

Rusty and John Jaggers

The Bill and Stephanie Sick Fund

The Calvin K. Kazanjian Economics Foundation

Robin and Sandy Stuart Foundation

Charles Koch Foundation

The Stuart Family Foundation

Leon Lowenstein Foundation, Inc.

Tammy and Guillermo Treviño

Contents目次

Preface 1

まえがき 1

CHAPTER 1 What is Physics? 5 Introduction 51.1 Physics: Definitions and Applications 51.2 The Scientific Methods 131.3 The Language of Physics: Physical Quantities and Units 17 Key Terms 41 Section Summary 42 Key Equations 42

第1章物理学とは何か 5 はじめに 51.1 物理学:定義と応用 51.2 科学の方法 131.3 物理学の言語:物理量と単位 17 重要語 41 節のまとめ 42 重要な式 42

Chapter Review 43 Test Prep 48

章のまとめ 43 実力テスト 48

CHAPTER 2 Motion in One Dimension 55 Introduction 552.1 Relative Motion, Distance, and Displacement 562.2 Speed and Velocity 642.3 Position vs. Time Graphs 702.4 Velocity vs. Time Graphs 76 Key Terms 83 Section Summary 83 Key Equations 83 Chapter Review 84 Test Prep 89

第2章一次元の運動 55 はじめに 552.1 相対運動、道のり、変位 562.2 速さと速度 642.3 位置–時間グラフ 702.4 速度–時間グラフ 76 重要語 83 節のまとめ 83 重要な式 83 章のまとめ 84 実力テスト 89

CHAPTER 3 Acceleration 97 Introduction 973.1 Acceleration 973.2 Representing Acceleration with Equations and Graphs 104 Key Terms 114 Section Summary 114 Key Equations 114 Chapter Review 114 Test Prep 117

第3章加速度 97 はじめに 973.1 加速度 973.2 式とグラフで加速度を表す 104 重要語 114 節のまとめ 114 重要な式 114 章のまとめ 114 実力テスト 117

CHAPTER 4 Forces and Newton’s Laws of Motion 121 Introduction 1214.1 Force 1214.2 Newton's First Law of Motion: Inertia 1244.3 Newton's Second Law of Motion 128

第4章力とニュートンの運動の法則 121 はじめに 1214.1 力 1214.2 ニュートンの運動の第一法則:慣性 1244.3 ニュートンの運動の第二法則 128

4.4 Newton's Third Law of Motion 134 Key Terms 141 Section Summary 141 Key Equations 142 Chapter Review 142 Test Prep 145

4.4 ニュートンの運動の第三法則 134 重要語 141 節のまとめ 141 重要な式 142 章のまとめ 142 実力テスト 145

CHAPTER 5 Motion in Two Dimensions 151 Introduction 1515.1 Vector Addition and Subtraction: Graphical Methods 1515.2 Vector Addition and Subtraction: Analytical Methods 1615.3 Projectile Motion 1705.4 Inclined Planes 1795.5 Simple Harmonic Motion 186 Key Terms 193

第5章二次元の運動 151 はじめに 1515.1 ベクトルの加減:図による方法 1515.2 ベクトルの加減:解析的な方法 1615.3 放物運動 1705.4 斜面 1795.5 単振動 186 重要語 193

Section Summary 193 Key Equations 194 Chapter Review 195 Test Prep 199

節のまとめ 193 重要な式 194 章のまとめ 195 実力テスト 199

CHAPTER 6 Circular and Rotational Motion 205 Introduction 2056.1 Angle of Rotation and Angular Velocity 2056.2 Uniform Circular Motion 2126.3 Rotational Motion 219 Key Terms 227 Section Summary 227 Key Equations 228 Chapter Review 228 Test Prep 230

第6章円運動と回転運動 205 はじめに 2056.1 回転角と角速度 2056.2 等速円運動 2126.3 回転運動 219 重要語 227 節のまとめ 227 重要な式 228 章のまとめ 228 実力テスト 230

CHAPTER 7 Newton's Law of Gravitation 235 Introduction 2357.1 Kepler's Laws of Planetary Motion 2357.2 Newton's Law of Universal Gravitation and Einstein's Theory of General Relativity 243 Key Terms 252 Section Summary 252 Key Equations 252 Chapter Review 252 Test Prep 255

第7章ニュートンの万有引力の法則 235 はじめに 2357.1 ケプラーの惑星運動の法則 2357.2 ニュートンの万有引力の法則とアインシュタインの一般相対性理論 243 重要語 252 節のまとめ 252 重要な式 252 章のまとめ 252 実力テスト 255

CHAPTER 8 Momentum 259 Introduction 2598.1 Linear Momentum, Force, and Impulse 2598.2 Conservation of Momentum 265

第8章運動量 259 はじめに 2598.1 運動量、力、力積 2598.2 運動量の保存 265

8.3 Elastic and Inelastic Collisions 269 Key Terms 279 Section Summary 279 Key Equations 279 Chapter Review 280 Test Prep 283

8.3 弾性衝突と非弾性衝突 269 重要語 279 節のまとめ 279 重要な式 279 章のまとめ 280 実力テスト 283

CHAPTER 9 Work, Energy, and Simple Machines 287 Introduction 2879.1 Work, Power, and the Work–Energy Theorem 2879.2 Mechanical Energy and Conservation of Energy 2939.3 Simple Machines 298 Key Terms 304 Section Summary 304 Key Equations 304

第9章仕事、エネルギー、単純機械 287 はじめに 2879.1 仕事、仕事率、仕事・エネルギー定理 2879.2 力学的エネルギーとエネルギーの保存 2939.3 単純機械 298 重要語 304 節のまとめ 304 重要な式 304

Chapter Review 305 Test Prep 309

章のまとめ 305 実力テスト 309

CHAPTER 10 Special Relativity 315 Introduction 31510.1 Postulates of Special Relativity 31510.2 Consequences of Special Relativity 323 Key Terms 331 Section Summary 331 Key Equations 331 Chapter Review 332 Test Prep 334

第10章特殊相対性理論 315 はじめに 31510.1 特殊相対性理論の前提 31510.2 特殊相対性理論の帰結 323 重要語 331 節のまとめ 331 重要な式 331 章のまとめ 332 実力テスト 334

CHAPTER 11 Thermal Energy, Heat, and Work 339 Introduction 33911.1 Temperature and Thermal Energy 33911.2 Heat, Specific Heat, and Heat Transfer 34411.3 Phase Change and Latent Heat 352 Key Terms 360 Section Summary 360 Key Equations 361 Chapter Review 361 Test Prep 364

第11章熱エネルギー、熱、仕事 339 はじめに 33911.1 温度と熱エネルギー 33911.2 熱、比熱、熱の移動 34411.3 相変化と潜熱 352 重要語 360 節のまとめ 360 重要な式 361 章のまとめ 361 実力テスト 364

CHAPTER 12 Thermodynamics 369 Introduction 36912.1 Zeroth Law of Thermodynamics: Thermal Equilibrium 37012.2 First law of Thermodynamics: Thermal Energy and Work 37212.3 Second Law of Thermodynamics: Entropy 38012.4 Applications of Thermodynamics: Heat Engines, Heat Pumps, and Refrigerators 386

第12章熱力学 369 はじめに 36912.1 熱力学第零法則:熱平衡 37012.2 熱力学第一法則:熱エネルギーと仕事 37212.3 熱力学第二法則:エントロピー 38012.4 熱力学の応用:熱機関、ヒートポンプ、冷蔵庫 386

Key Terms 393 Section Summary 393 Key Equations 394 Chapter Review 394 Test Prep 398

重要語 393 節のまとめ 393 重要な式 394 章のまとめ 394 実力テスト 398

CHAPTER 13 Waves and Their Properties 405 Introduction 40513.1 Types of Waves 40513.2 Wave Properties: Speed, Amplitude, Frequency, and Period 40913.3 Wave Interaction: Superposition and Interference 415 Key Terms 422 Section Summary 422 Key Equations 423 Chapter Review 423

第13章波とその性質 405 はじめに 40513.1 波の種類 40513.2 波の性質:速さ、振幅、振動数、周期 40913.3 波の相互作用:重ね合わせと干渉 415 重要語 422 節のまとめ 422 重要な式 423 章のまとめ 423

Test Prep 426

実力テスト 426

CHAPTER 14 Sound 431 Introduction 43114.1 Speed of Sound, Frequency, and Wavelength 43114.2 Sound Intensity and Sound Level 43814.3 Doppler Effect and Sonic Booms 44614.4 Sound Interference and Resonance 451 Key Terms 459 Section Summary 459 Key Equations 460 Chapter Review 460 Test Prep 465

第14章音 431 はじめに 43114.1 音の速さ、振動数、波長 43114.2 音の強さと音の大きさのレベル 43814.3 ドップラー効果とソニックブーム 44614.4 音の干渉と共鳴 451 重要語 459 節のまとめ 459 重要な式 460 章のまとめ 460 実力テスト 465

CHAPTER 15 Light 473 Introduction 47315.1 The Electromagnetic Spectrum 47315.2 The Behavior of Electromagnetic Radiation 481 Key Terms 487 Section Summary 487 Key Equations 487 Chapter Review 487 Test Prep 491

第15章光 473 はじめに 47315.1 電磁スペクトル 47315.2 電磁放射のふるまい 481 重要語 487 節のまとめ 487 重要な式 487 章のまとめ 487 実力テスト 491

CHAPTER 16 Mirrors and Lenses 495 Introduction 49516.1 Reflection 49616.2 Refraction 50516.3 Lenses 517 Key Terms 531

第16章鏡とレンズ 495 はじめに 49516.1 反射 49616.2 屈折 50516.3 レンズ 517 重要語 531

Section Summary 531 Key Equations 532 Chapter Review 532 Test Prep 535

節のまとめ 531 重要な式 532 章のまとめ 532 実力テスト 535

CHAPTER 17 Diffraction and Interference 541 Introduction 54117.1 Understanding Diffraction and Interference 54117.2 Applications of Diffraction, Interference, and Coherence 550 Key Terms 560 Section Summary 560 Key Equations 560 Chapter Review 561 Test Prep 563

第17章回折と干渉 541 はじめに 54117.1 回折と干渉を理解する 54117.2 回折・干渉・可干渉性の応用 550 重要語 560 節のまとめ 560 重要な式 560 章のまとめ 561 実力テスト 563

CHAPTER 18 Static Electricity 567 Introduction 56718.1 Electrical Charges, Conservation of Charge, and Transfer of Charge 56818.2 Coulomb's law 58018.3 Electric Field 58518.4 Electric Potential 59118.5 Capacitors and Dielectrics 599 Key Terms 610 Section Summary 610 Key Equations 611 Chapter Review 611 Test Prep 615

第18章静電気 567 はじめに 56718.1 電荷、電荷の保存、電荷の移動 56818.2 クーロンの法則 58018.3 電場 58518.4 電位 59118.5 コンデンサーと誘電体 599 重要語 610 節のまとめ 610 重要な式 611 章のまとめ 611 実力テスト 615

CHAPTER 19 Electrical Circuits 623 Introduction 62319.1 Ohm's law 62319.2 Series Circuits 63219.3 Parallel Circuits 64119.4 Electric Power 652 Key Terms 658 Section Summary 658 Key Equations 659 Chapter Review 659 Test Prep 664

第19章電気回路 623 はじめに 62319.1 オームの法則 62319.2 直列回路 63219.3 並列回路 64119.4 電力 652 重要語 658 節のまとめ 658 重要な式 659 章のまとめ 659 実力テスト 664

CHAPTER 20 Magnetism 669 Introduction 66920.1 Magnetic Fields, Field Lines, and Force 66920.2 Motors, Generators, and Transformers 68420.3 Electromagnetic Induction 692

第20章磁性 669 はじめに 66920.1 磁場、磁力線、力 66920.2 電動機、発電機、変圧器 68420.3 電磁誘導 692

Key Terms 701 Section Summary 701 Key Equations 702 Chapter Review 702 Test Prep 705

重要語 701 節のまとめ 701 重要な式 702 章のまとめ 702 実力テスト 705

CHAPTER 21 The Quantum Nature of Light 711 Introduction 71121.1 Planck and Quantum Nature of Light 71121.2 Einstein and the Photoelectric Effect 71721.3 The Dual Nature of Light 724 Key Terms 731 Section Summary 731 Key Equations 732 Chapter Review 732

第21章光の量子的な性質 711 はじめに 71121.1 プランクと光の量子的な性質 71121.2 アインシュタインと光電効果 71721.3 光の二重性 724 重要語 731 節のまとめ 731 重要な式 732 章のまとめ 732

Test Prep 736

実力テスト 736

CHAPTER 22 The Atom 743 Introduction 74322.1 The Structure of the Atom 74322.2 Nuclear Forces and Radioactivity 75722.3 Half Life and Radiometric Dating 76622.4 Nuclear Fission and Fusion 77122.5 Medical Applications of Radioactivity: Diagnostic Imaging and Radiation 780 Key Terms 786 Section Summary 787 Key Equations 788 Chapter Review 788 Test Prep 791

第22章原子 743 はじめに 74322.1 原子の構造 74322.2 核力と放射能 75722.3 半減期と放射年代測定 76622.4 核分裂と核融合 77122.5 放射能の医療への応用——画像診断と放射線治療 780 重要語 786 節のまとめ 787 重要な式 788 章のまとめ 788 実力テスト 791

CHAPTER 23 Particle Physics 795 Introduction 79523.1 The Four Fundamental Forces 79623.2 Quarks 80323.3 The Unification of Forces 814 Key Terms 820 Section Summary 821 Chapter Review 821 Test Prep 825

第23章素粒子物理 795 はじめに 79523.1 四つの基本の力 79623.2 クォーク 80323.3 力の統一 814 重要語 820 節のまとめ 821 章のまとめ 821 実力テスト 825

Appendix A Reference Tables 833 Index 859

付録A 参照用の表 833 索引 859

PREFACEまえがき

Welcome to Physics, an OpenStax resource. This textbook was written to increase student access to high-quality learning materials, maintaining highest standards of academic rigor at little to no cost.

OpenStaxの教材である『物理』へようこそ。この教科書は、学問としての厳しさを最高の水準に保ちながら、質の高い学びの材料を学生がほとんど、あるいはまったく費用をかけずに手にできるようにするために書かれた。

About OpenStaxOpenStaxについて

OpenStax is part of Rice University, which is a 501(c)(3) nonprofit charitable corporation. Our mission is to make an amazing education accessible for all. Our first openly licensed college textbook was published in 2012 and our library has since scaled to over 25 books for college and AP^® courses used by hundreds of thousands of students. OpenStax Tutor, our low-cost personalized learning tool, is being used in college courses throughout the country. Through our partnerships with philanthropic foundations and our alliance with other educational resource organizations, OpenStax is breaking down the most common barriers to learning and empowering students and instructors to succeed.

OpenStaxはライス大学の一部であり、ライス大学は501(c)(3)の非営利の慈善法人である。私たちの使命は、すばらしい教育をすべての人が受けられるようにすることである。最初のオープンライセンスの大学教科書を2012年に出して以来、蔵書は大学とAP®の課程向けに25冊を超え、何十万もの学生に使われている。低価格で個別化された学びの道具であるOpenStax Tutorは、全米の大学の課程で使われている。慈善財団との協力と、他の教育資源の団体との連携を通して、OpenStaxは学びの最もありふれた障壁を取り除き、学生と教員が成功できるように力を与えている。

About OpenStax resourcesOpenStaxの教材について

Customization Physics is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY) license, which means that you can distribute, remix, and build upon the content, as long as you provide attribution to OpenStax and its content contributors.

自分用に作り変える 『物理』はクリエイティブ・コモンズ表示4.0国際(CC BY)ライセンスのもとで提供される。つまり、OpenStaxとその内容の寄与者に出所を示しさえすれば、内容を配布し、組み替え、その上に築くことができる。

Because our books are openly licensed, you are free to use the entire book or pick and choose the sections that are most relevant to the needs of your course. Feel free to remix the content by assigning your students certain chapters and sections in your syllabus, in the order that you prefer. You can even provide a direct link in your syllabus to the sections in the web view of your book.

私たちの本はオープンライセンスなので、本全体を使うことも、あなたの課程に最も必要な節だけを選ぶこともできる。好きな順に、特定の章と節を学生に割り当てて組み替えてよい。授業計画に、本のウェブ版の節への直接のリンクを載せることもできる。

Instructors also have the option of creating a customized version of their OpenStax book. The custom version can be made available to students in low-cost print or digital form through their campus bookstore. Visit your book page on OpenStax.org for more information.

教員は、OpenStaxの本を自分用に仕立てた版を作ることもできる。仕立てた版は、大学の書店を通して低価格の印刷版または電子版で学生に届けられる。詳しくはOpenStax.orgのこの本のページを見よ。

Art Attribution in Physics In Physics, most art contains attribution to its title, creator or rights holder, host platform, and license within the caption. For art that is openly licensed,

『物理』の図版の出所表示 『物理』では、ほとんどの図版に、題名・作者または権利者・掲載元・ライセンスの表示がキャプションの中に入っている。オープンライセンスの図版は、

anyone may reuse the art as long as they provide the same attribution to its original source. Some art has been provided through permissions and should only be used with the attribution or limitations provided in the credit.

元の出所へ同じ表示をするかぎり、誰でも再び使ってよい。許諾を得て載せた図版もあり、それらはクレジットに示された表示と制限のもとでのみ使うこと。

Errata All OpenStax textbooks undergo a rigorous review process. However, like any professional-grade textbook, errors sometimes occur. The good part is, since our books are web-based, we can make updates periodically. If you have a correction to suggest, submit it through our errata reporting tool. We will review your suggestion and make necessary changes.

正誤 OpenStaxの教科書はすべて厳しい査読を経ている。しかし専門家向けの教科書と同じく、誤りが生じることはある。よいのは、私たちの本はウェブを基にしているので、定期的に直せることである。直すべき点があれば、正誤の報告の道具から知らせてほしい。内容を検討し、必要な変更を行う。

Format You can access this textbook for free in web view or PDF through OpenStax.org, and for a low cost in print.

形式この教科書はOpenStax.orgでウェブ版またはPDFで無料で読め、印刷版は低価格で手に入る。

About Physics『物理』について

This instructional material was initially created through a Texas Education Agency (TEA) initiative to provide high-quality open-source instructional materials to districts free of charge. Funds were allocated by the 84th Texas Legislature (2015) for the creation of state-developed, open-source instructional materials with the request that advanced secondary courses supporting the study of science, technology, engineering, and mathematics should be prioritized.

この教材はもともと、質の高いオープンソースの教材を学区へ無償で提供するというテキサス州教育局(TEA)の取り組みによって作られた。予算は第84期テキサス州議会(2015年)によって、州が作るオープンソースの教材のために配分され、科学・技術・工学・数学の学びを支える上級の中等課程を優先するようにとの要請が添えられた。

Physics covers the scope and sequence requirements of a typical one-year physics course. The text provides comprehensive coverage of physical concepts, quantitative examples and skills, and interesting applications. High School Physics has been designed to meet and exceed the requirements of the relevant Texas Essential Knowledge and Skills (TEKS (http://ritter.tea.state.tx.us/rules/tac/chapter112/ ch112c.html#112.39)), while allowing significant flexibility for instructors.

『物理』は、典型的な一年間の物理の課程が求める範囲と順序をおおう。本書は物理の概念、量的な例題と技能、そして興味深い応用を広く扱う。『高校物理』は、教員に大きな柔軟さを残しつつ、テキサス州の必修知識技能(TEKS (http://ritter.tea.state.tx.us/rules/tac/chapter112/ch112c.html#112.39))の求めるところを満たし、それを超えるように設計されている。

Qualified and experienced Texas faculty were involved throughout the development process, and the textbooks were reviewed extensively to ensure effectiveness and usability in each course. Reviewers considered each resource’s clarity, accuracy, student support, assessment rigor and appropriateness, alignment to TEKS, and overall quality. Their invaluable suggestions provided the basis for continually improved material and helped to certify that the books are ready for use. The writers and reviewers also considered common course issues, effective teaching strategies, and student engagement to provide instructors and students with useful, supportive content and drive effective learning experiences.

資格と経験のあるテキサス州の教員が開発の全過程に関わり、教科書はそれぞれの課程で有効かつ使いやすいことを確かめるために広く査読された。査読者は、それぞれの教材の明確さ、正確さ、学生への支え、評価の厳しさと適切さ、TEKSとの対応、そして全体の質を検討した。その貴重な提案が、教材を絶えず改善する土台となり、本が使える状態にあることを保証する助けとなった。執筆者と査読者はまた、よくある課程の問題、効果的な教え方、学生の関わり方も考え、教員と学生に役立つ支えとなる内容を提供し、効果的な学びの経験を導けるようにした。

Coverage and scope Physics presents physical laws, research, concepts, and skills in a logical and engaging progression that should be familiar to most physics faculty. The textbook begins with a general introduction to physics and scientific processes, which is followed by several chapters on motion and Newton’s laws. After mechanics, the students will move through thermodynamics, waves and sound, and light and optics. Electricity and magnetism and nuclear physics complete the textbook.

おおう範囲 『物理』は、物理の法則・研究・概念・技能を、ほとんどの物理の教員になじみのある論理的で引き込む順序で示す。教科書はまず物理と科学の営みの一般的な紹介から始まり、続いて運動とニュートンの法則についての章がいくつか続く。力学のあと、学生は熱力学、波と音、そして光と光学へと進む。電気と磁気、そして原子核物理が教科書を締めくくる。

Chapter 1: What Is Physics? Chapter 2: Motion in One Dimension Chapter 3: Acceleration Chapter 4: Forces and Newton’s Laws of Motion Chapter 5: Motion in Two Dimensions Chapter 6: Circular and Rotational Motion Chapter 7: Newton’s Law of Gravitation Chapter 8: Momentum Chapter 9: Work, Energy, and Simple Machines Chapter 10: Special Relativity Chapter 11: Thermal Energy, Heat, and Work Chapter 12: Thermodynamics Chapter 13: Waves and Their Properties Chapter 14: Sound Chapter 15: Light Chapter 16: Mirrors and Lenses Chapter 17: Diffraction and Interference Chapter 18: Static Electricity Chapter 19: Electrical Circuits Chapter 20: Magnetism Chapter 21: The Quantum Nature of Light Chapter 22: The Atom Chapter 23: Particle Physics

第1章物理学とは何か第2章一次元の運動第3章加速度第4章力とニュートンの運動の法則第5章二次元の運動第6章円運動と回転運動第7章ニュートンの万有引力の法則第8章運動量第9章仕事、エネルギー、単純機械第10章特殊相対性理論第11章熱エネルギー、熱、仕事第12章熱力学第13章波とその性質第14章音第15章光第16章鏡とレンズ第17章回折と干渉第18章静電気第19章電気回路第20章磁性第21章光の量子的な性質第22章原子第23章素粒子物理

Flexibility Like any OpenStax content, this textbook can be modified as needed for use by the instructor depending on the needs of the students in the course. Each set of materials created by OpenStax is organized into units and chapters and can be used like a traditional textbook as the entire syllabus for each course. The materials can also be accessed in smaller chunks for more focused use with a single student or an entire class. Instructors are welcome to download and assign the PDF version of the textbook through a learning management system or can use their LMS to link students to specific chapters and sections of the book relevant to the concept being studied. The entire textbook will be available during the fall of 2020 in an editable Google document, and until then instructors are welcome to copy and paste content from the textbook to modify as needed prior to instruction.

柔軟さ OpenStaxのどの内容とも同じく、この教科書は課程の学生の必要に応じて教員が手を加えて使える。OpenStaxが作る教材の組はどれも単元と章に整理されており、それぞれの課程の授業計画全体として、従来の教科書のように使える。教材はまた、一人の学生や学級全体に絞って使うため、より小さなまとまりでも取り出せる。教員は教科書のPDF版をダウンロードして学習管理システム(LMS)を通して課題として出してもよいし、LMSを使って、学んでいる概念に関わる本の特定の章と節へ学生を導いてもよい。教科書全体は2020年の秋に編集可能なGoogleドキュメントで公開される予定であり、それまでは教員が教える前に、教科書から内容をコピーして必要に応じて手を加えてよい。

Student-centered focus Physics uses a friendly voice and exciting examples that appeal to a high school audience. The Chapter Openers, for example, include thought-provoking photographs and introductions that connect the content to experiences relevant to student’s lives. The writing in our program has been developed with universal design in mind to ensure students of all different backgrounds are reached. Content can be accessed through engaging text, informative visuals, hands-on activities, and online simulations. This diversity of learning media presents a wealth of reinforcement opportunities that allow students to review material in a new and fresh way.

学生を中心に据える 『物理』は、高校生に届く親しみやすい語り口と、わくわくする例を使う。たとえば章の扉には、考えさせる写真と、内容を学生の暮らしに関わる経験へ結びつける導入がある。この教材の文章は、さまざまな背景の学生すべてに届くよう、ユニバーサルデザインを念頭に作られている。内容は、引き込む文章、わかりやすい図版、手を動かす活動、そしてオンラインの模擬実験を通して学べる。この多様な学びの媒体は、学生が新しく新鮮なやり方で復習できる、豊かな補強の機会を与える。

Features特徴

• Snap Labs: Give students the opportunity to experience physics through hands-on activities. The labs can be completed quickly and rely primarily on readily available materials so that students can do them at home as they read.• Worked Examples: Promote both analytical and conceptual skills. In each example, the scenario/ application is first introduced, followed by a description of the Strategy used to solve the problem that emphasizes the concepts involved. These are followed by a fully worked mathematical solution and a discussion of the results.• Fun in Physics: Features physics applications in various entertainment industries.• Work in Physics: Students can explore careers in physics as well as other careers that routinely employ physics.• Boundless Physics: Reveal frontiers in physical knowledge and descriptions of cutting-edge discoveries in physics.• Links to Physics: Highlight connections of physics to other disciplines.• Watch Physics: Support student’s understanding of conceptual and computational skills using videos from Khan Academy.• Virtual Physics: Provide inquiry and discovery-based learning by providing a virtual “sandbox” where students can experiment with simulated physics scenarios and equipment using the University of Colorado-developed PhET simulations.• Tips for Success: Offer students advice on how to approach content or problems.

・身近な実験——物理を手を動かして体験する機会を学生に与える。実験は短時間ででき、主に手に入りやすい材料を使うので、学生は読みながら家でできる。・例題——分析の技能と概念の理解の両方を伸ばす。それぞれの例題では、まず場面や応用を示し、次に関わる概念を強調しながら問題を解く方針を述べる。続いて完全に解いた数式の解と、結果の考察が示される。・物理の楽しみ——さまざまな娯楽の産業での物理の応用を紹介する。・物理の仕事——物理の仕事だけでなく、物理をふだん使う他の仕事も学生が探れる。・限りなき物理——物理の知識の最前線と、物理の最先端の発見の紹介。・物理へのつながり——物理と他の分野とのつながりを示す。・物理を見る——カーン・アカデミーの動画を使って、概念と計算の技能の理解を助ける。・シミュレーション——コロラド大学が開発したPhETの模擬実験を使って、模擬の物理の場面と装置を学生が試せる仮想の「砂場」を与え、問いと発見にもとづく学びを支える。・学習のポイント——内容や問題にどう取りかかるかの助言を学生に与える。

Practice and Assessment練習と評価

• Grasp Checks: Formative assessments that review the comprehension of concepts and skills addressed through reading features, interactive features, and snap labs.• Practice Problems: Challenge students to apply concepts and skills they have seen in a Worked Example to solve a problem.• Check Your Understanding: Conceptual questions that, together with the practice problems, provide formative assessment on key topics in each section.• Performance Tasks: Challenge students to apply the content and skills they have learned to find a solution to a practical situation.• Test Prep: Helps prepare students to successfully respond to the format and rigor of standardized tests. The test prep includes multiple choice, short answer, and extended response items.

・理解の確認——読みの特集、対話型の特集、身近な実験で扱った概念と技能の理解を振り返る形成的評価。・練習問題——例題で見た概念と技能を使って問題を解くよう学生に挑ませる。・理解の確認——練習問題とあわせて、各節の要となる話題について形成的評価を与える概念の問い。・実践課題——学んだ内容と技能を使って、実際の場面の解決を見つけるよう学生に挑ませる。・実力テスト——標準テストの形式と厳しさにうまく応えられるよう学生を備えさせる。選択問題、記述式、論述問題を含む。

Answers to Questions in the Book Answers to Review and Test Prep questions are provided in the Instructor Answer Guide. Select answers to Review and Test Prep questions are provided in the Student Solution Guide. The Grasp Check, Practice Problem, and Check Your Understanding answers are not provided because they are primarily for self-review and discussion.

本の問いの答え 章のまとめと実力テストの問いの答えは、教員用解答の手引きにある。章のまとめと実力テストの問いの一部の答えは、学生用解答の手引きにある。理解の確認、練習問題、理解の確認の答えは、主に自己点検と議論のためのものなので載せていない。

Additional resourcesその他の資料

Student and instructor resources We’ve compiled additional resources for both students and instructors, including Getting Started Guides, PowerPoint slides, and an instructor answer guide. Instructor resources require a verified instructor account, which you can apply for when you log in or create your account on OpenStax.org. Take advantage of these resources to supplement your OpenStax book.

学生と教員のための資料 手引きの入門書、プレゼンテーションのスライド、教員用解答の手引きなど、学生と教員のための追加の資料をまとめている。教員用の資料には、身元の確認された教員のアカウントが要る。OpenStax.orgにログインするか、アカウントを作るときに申請できる。これらの資料をOpenStaxの本と合わせて活用してほしい。

Partner resources OpenStax Partners are our allies in the mission to make high-quality learning materials affordable and accessible to students and instructors everywhere. Their tools integrate seamlessly with our OpenStax titles at a low cost. To access the partner resources for your text, visit your book page on OpenStax.org.

協力先の資料 OpenStaxの協力者は、質の高い学びの材料を、どこにいる学生と教員にも安く手に入るようにするという使命の仲間である。その道具はOpenStaxの本と低い費用でなめらかに組み合わせられる。この本の協力先の資料は、OpenStax.orgのこの本のページから利用できる。

About the Authors著者について

Senior Contributing Authors Paul Peter Urone, California State University, Sacramento

主要執筆者 ポール・ピーター・ユローン(カリフォルニア州立大学サクラメント校)

Roger Hinrichs, State University of New York, College at Oswego

ロジャー・ヒンリクス(ニューヨーク州立大学オスウィーゴ校)

Contributing Authors Fatih Gozuacik (Director of Technology and Education) holds master’s degrees in physics and atomic physics from Texas A&M Commerce and Sakarya University in Turkey. In addition to teaching AP® and College Physics, he has been a mentor for the Physics Bowl and the Science Olympiad, and has served as a college counselor for junior and senior students. Fatih was named the 2015 STEM teacher of the year by Educate Texas.

執筆協力者 ファティ・ゴズアジク(技術・教育部長)は、テキサスA&M大学コマース校とトルコのサカリヤ大学で物理と原子物理の修士号を得ている。AP®物理と大学物理を教えるほか、フィジックス・ボウルとサイエンス・オリンピアードの指導者を務め、三年生と四年生の進路指導も担ってきた。2015年にはエデュケイト・テキサスからSTEM教員賞を受けた。

Denise Pattison (East Chambers ISD) was born and raised in Lumberton, Texas. She graduated from Lamar University - Beaumont in 2004 with a degree in science and has taught Physics, Pre AP® Physics, and IPC Physics. She loves teaching because it offers the opportunity to make a difference in a person’s life.

デニス・パティソン(イースト・チェンバーズ学区)はテキサス州ランバートンで生まれ育った。2004年にラマー大学ボーモント校を理学の学位で卒業し、物理、プレAP®物理、IPC物理を教えてきた。人の人生に違いをもたらす機会があるから教えるのが好きだという。

Catherine Tabor (Northwest Early High School) holds Bachelors degrees in Mathematics and Physics, a Master’s degree in Physics, and is working towards a PhD in Computer Science. She has taught for over twenty years, holding positions at a number of high schools in El Paso and colleges including Evergreen State and UT El Paso. At Northwest Early HS, she teaches Astronomy, AP® Physics, and AP® Computer Science.

キャサリン・テイバー(ノースウェスト・アーリー高校)は数学と物理の学士号、物理の修士号を持ち、計算機科学の博士号に向けて研究中である。20年以上教え、エルパソのいくつもの高校と、エヴァーグリーン州立大学やテキサス大学エルパソ校などの大学で職に就いてきた。ノースウェスト・アーリー高校では天文学、AP®物理、AP®計算機科学を教えている。

Reviewers査読者

Bryan Callow, Lindenwold High School, Lindenwold, NJ John Boehringer, Prosper High School, Prosper, TX Wade Green, Stony Point High School, Round Rock, TX Susan Vogel, Rockwall-Heath High School, Heath TX Stan Hutto, Southwest Christian School, TX Richard Lines, Garland High School, Garland, TX Penny McCool, San Antonio ISD, Raise Up Texas Coach Loren Lykins, Science Department Chairman—Carlisle Independent School District, TX Janie Horn, Cleveland High School, Magnolia, TX Sean Oshman, Garland Independent School District, TX Cort Gillen, Cypress Ranch High School, TX

ブライアン・キャロウ(リンデンウォルド高校、ニュージャージー州リンデンウォルド) ジョン・ベーリンガー(プロスパー高校、テキサス州プロスパー) ウェイド・グリーン(ストーニー・ポイント高校、テキサス州ラウンドロック) スーザン・フォーゲル(ロックウォール・ヒース高校、テキサス州ヒース) スタン・ハットー(サウスウェスト・クリスチャン・スクール、テキサス州) リチャード・ラインズ(ガーランド高校、テキサス州ガーランド) ペニー・マクール(サンアントニオ学区、レイズ・アップ・テキサス指導員) ローレン・ライキンズ(カーライル独立学区理科主任、テキサス州) ジェイニー・ホーン(クリーブランド高校、テキサス州マグノリア) ショーン・オシュマン(ガーランド独立学区、テキサス州) コート・ギレン(サイプレス・ランチ高校、テキサス州)

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