到達目標
1. 量子力学の必要性および特徴的な結果について説明することができる。
2. 相対性理論の必要性および特徴的な結果について説明することができる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 量子力学の必要性および特徴的な結果について説明することができる。 | 量子力学の必要性と特徴的な結果について説明することができる。 | 量子力学の必要性を説明することができる。 | 量子力学の必要性を説明することができない。 |
| 相対性理論の必要性および特徴的な結果について説明することができる。 | 相対性理論の必要性および特徴的な結果について説明することができる。 | 相対性理論の必要性を説明することができる。 | 相対性理論の必要性を説明することができない。 |
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学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
量子力学と相対性理論は、現代物理学の柱である。量子力学はミクロな現象を、相対性理論は高エネルギー現象を記述するが、いずれも我々の日常的な直感と反する結果が多く存在する。本授業では、量子力学と相対性理論の基礎を学習する。
授業の進め方・方法:
授業は教員による自作プリントを使った説明と演習で構成する。
成績は達成度試験30%、定期試験30%、課題レポートを40%の割合で評価する。
この科目は学修単位科目のため、事前・事後学習として課題レポートを課します。
注意点:
3年生までに学習した物理、数学の基礎知識を前提とする。授業中に配布される演習課題に対して自学自習により取り組むこと。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
古典物理学の限界 |
古典物理学で説明できない現象を理解する。
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| 2週 |
ボーアの原子模型 |
ボーアの仮説を元に水素原子における電子軌道の式を導出することができる。
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| 3週 |
シュレディンガー方程式と波動関数の解釈 |
シュレディンガー方程式の構造と波動関数の解釈を説明することができる。
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| 4週 |
物理量の期待値 |
波動関数が与えられたときに、位置の期待値を計算することができる。
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| 5週 |
井戸型ポテンシャル |
無限に深い井戸型ポテンシャル中の電子の波動関数とエネルギーを求めることができる。
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| 6週 |
１次元での散乱問題 |
階段型ポテンシャルでの反射率と透過率を計算することができる。
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| 7週 |
共鳴とトンネル現象 |
１次元の散乱問題を通して、共鳴現象とトンネル効果を説明することができる。
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| 8週 |
量子論分野達成度試験 |
量子論分野の達成度を確認する。
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| 4thQ |
| 9週 |
特殊相対性理論と光速度不変の原理 |
特殊相対性原理と光速度不変の原理を説明することができる。
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| 10週 |
時間と長さの相対性 |
時間と長さの相対性について定量的に理解する。
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| 11週 |
ローレンツ変換 |
ローレンツ変換について理解する。
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| 12週 |
世界距離とローレンツ変換 |
世界距離がローレンツ不変であることを理解する。
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| 13週 |
運動している時計の遅れ |
運動している時計の遅れを定量的に理解する。
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| 14週 |
速度の合成 |
特殊相対論的な速度の合成則を導出し、理解する。
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| 15週 |
質量とエネルギーの同等性 |
質量とエネルギーの同等性を理解する。
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| 16週 |
定期試験 |
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評価割合
| 試験 | 課題レポート | | | | | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 40 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 70 |
| 専門的能力 | 20 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |