量子物理

科目基礎情報

学校	長岡工業高等専門学校	開講年度	令和02年度 (2020年度)
授業科目	量子物理
科目番号	0007	科目区分	専門 / 選択
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	専攻科専門共通科目	対象学年	専1
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	上羽弘，工学系のための量子力学，森北出版
担当教員	松永 茂樹,佐藤 秀一

到達目標

（科目コード：A0340，英語名：Quantum Physics）
①量子力学が必要となった経緯を理解する
②量子力学の枠組みを理解する
③水素原子の電子状態の概観を把握する

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	最低限の到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	量子力学が必要となった経緯を説明できる	古典力学で説明できない事例を複数挙げられる	古典力学で説明できない事例を一つ挙げられる	左記に達していない
評価項目2	量子力学の枠組みを概ね説明できる	波動関数がどういうもので，そこからどんな情報が得られるかを説明できる	波動関数が含む情報を概ね説明できる	左記に達していない
評価項目3	水素原子内の電子の各軌道のエネルギー値が離散的になる経緯を説明でき，各軌道の特徴を概ね説明できる	水素原子内の電子の各軌道のエネルギー値が離散的になる経緯を説明できる	水素原子内の電子の各軌道のエネルギー値が離散的になる経緯を概ね説明できる	左記に達していない

教育方法等

概要:

様々な工学の分野で，電子，原子，分子などの挙動に着目する微視的観点が必要となっている．微視的な見方を修得するために，ミクロの世界の運動法則について学ぶ．
〇関連する科目：物理学ⅡＢ（前年度履修），物理工学（後期履修）
オムニバス形式（松永：前半７回，佐藤：後半８回）

授業の進め方・方法:

前半は教科書を参照しつつ講義します．後半は総合情報処理センターの端末室にて，ＰＣを用いた実習を交えつつ講義を進めます．
この科目は学修単位科目のため、事前・事後学習用の課題がありますす。

注意点:

高専5年間の数学や力学の知識が身についていないと学習は困難と思われます．特に下記の項目について復習してから受講してください．
数学関係：指数関数や三角関数の微積分，１・２階の線形微分方程式の解法，複素数，確率，確率密度関数
力学関係：運動エネルギー，位置エネルギー，運動量，角運動量，波長，振動数，振幅
後半は表計算ソフトウェアを使って電子軌道計算を行います．表計算ソフトウェア上で，式や関数の利用，およびグラフ作成ができることが必要です．
本科目は本来、面接授業として実施を予定していたものであるが、新型コロナウイルス感染症の拡大による緊急事態において、必要に応じ遠隔授業として実施するものである．　

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	古典力学の破綻１	19世紀末頃から発見されるようになった，古典力学では説明のつかない現象例を理解する
		2週	古典力学の破綻２	19世紀末頃から発見されるようになった，古典力学では説明のつかない現象例を理解する
		3週	量子的概念の誕生	量子力学の必要となった経緯を理解する
		4週	量子力学の枠組み１	波動関数とシュレーディンガー方程式について理解する
		5週	量子力学の枠組み２	固有関数と固有値，物理量の期待値について理解する
		6週	量子力学の枠組み３	粒子性と波動性，不確定性原理について理解する
		7週	前半総合演習
		8週	電子軌道計算の準備	微分方程式を数値解を得るためのワークシートを作成する
	2ndQ
		9週	量子力学の適用例	１次元の自由粒子，３次元の自由粒子について理解する
		10週	水素原子１	水素原子内電子のシュレーディンガー方程式の解析的に解く方法を概観する
		11週	水素原子２	水素原子内電子のシュレーディンガー方程式の解析的に解く方法を概観する
		12週	水素原子３	自作のワークシートを用いて，水素内原子の波動関数とエネルギー固有値を求める．エネルギー値が離散化する経緯を理解する．
		13週	多電子原子１	他電子原子の最外殻電子の波動関数を近似的に求めるための考え方を理解する
		14週	多電子原子２	自作のワークシートを用いて，リチウム原子の最外殻電子の波動関数とエネルギー固有値を求める
		15週	後半総合演習
		16週

評価割合

	小テスト	レポート	相互評価	態度	ポートフォリオ	その他	合計
総合評価割合	60	40	0	0	0	0	100
基礎的能力	60	40	0	0	0	0	100
専門的能力	0	0	0	0	0	0	0
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0