到達目標
原子の質量、原子の大きさ、電子の粒子性と波動性、を説明できる。
ポテンシャル中の粒子の波動関数とエネルギー固有値や透過率を計算できる。
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 |
| 原子の質量、原子の大きさ、電子の粒子性と波動性、 | 原子の質量、原子の大きさ、電子の粒子性と波動性、をほぼ完全に説明でき、実際の現象とほぼ完全に関連づけることができる | 原子の質量、原子の大きさ、電子の粒子性と波動性、を説明できる | 原子の質量、原子の大きさ、電子の粒子性と波動性、を説明できない |
| ポテンシャル中の粒子の波動関数とエネルギー固有値や透過率 | ポテンシャル中の粒子の波動関数とエネルギー固有値や透過率をほぼ完全に計算でき、実際の現象とほぼ完全に関連づけることができる | ポテンシャル中の粒子の波動関数とエネルギー固有値や透過率を計算できる | ポテンシャル中の粒子の波動関数とエネルギー固有値や透過率を計算できない |
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学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
【開講学期】春学期週2時間
本コースの教育目標は電気現象を物理的側面から理解し、さらに数学的に解釈できる事を目標にしています。本科目は、電気電子情報分野でかかせない電子、原子などを理解する事が目標。電子は粒子であり波でもある。波とはどういう事かと言うと、電子は同時に場所Aにも場所Bにも存在する状態がある。つまり、複数の状態が共存している（状態の重ね合わせと言う）。この共存の様子を表すものが波（波動関数）である。この原理を応用した例として量子計算機がある。古典計算機は１あるいは０の状態を使って計算。量子計算機は１の状態も０の状態も同時に共存している状態（１でもあり０でもある状態）、つまり、状態の重ね合わせを使って計算する。量子計算の為には量子力学は必須。
【開講学期】夏学期週2時間
授業の進め方・方法:
電子物性基礎とは何か？何を学ぶのか？我々の住む宇宙とは？並行宇宙は存在するか？光の波動性から粒子性への歴史的展開、電子の粒子性から波動性への歴史的展開、電子の波の性質を表す波動関数の求め方を解説。定期試験80%、課題・小テスト等20％として評価を行う。答案は採点後返却し、達成度を伝達する。総合評価は100点満点として、60点以上を合格とする。補充試験は基本的に行わないが、試験する場合は、試験の点数のみで合格となる。
注意点:
本学科の教育目標は電気現象を物理的側面から理解し、さらに数学的に解釈できる事を目標にしています。本科目は、電気電子情報分野でかかせない電子、原子などを理解する事が目標。自学自習の成果は課題および到達度試験によって評価する。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス （なぜ電子物性基礎を学ぶのか？原子の質量、大きさを決めているものは？） |
ガイダンス （なぜ電子物性基礎を学ぶのか？原子の質量、大きさを決めているものは？）について説明でき、計算に用いることができる。
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| 2週 |
物理学の歴史、光の波動性と粒子性 （光とは何？どのように理解されてきたのか？） |
物理学の歴史、光の波動性と粒子性 （光とは何？どのように理解されてきたのか？）について説明でき、計算に用いることができる。
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| 3週 |
ド・ブロイ波 （電子は複数の場所に共存する？電子は粒子であり波でもある？） |
ド・ブロイ波 （電子は複数の場所に共存する？電子は粒子であり波でもある？）について説明でき、計算に用いることができる。
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| 4週 |
ボルンの規則 （電子の二重スリットの実験（外村氏の実験）とは？発見確率とは？） |
ボルンの規則 （電子の二重スリットの実験（外村氏の実験）とは？発見確率とは？）について説明でき、計算に用いることができる。
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| 5週 |
シュレーディンガー方程式 （電子は波、その波を表す波動方程式とは？） |
シュレーディンガー方程式 （電子は波、その波を表す波動方程式とは？）について説明でき、計算に用いることができる。
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| 6週 |
無限井戸型ポテンシャル中の電子 （電子のエネルギーは、なぜ離散的に？） |
無限井戸型ポテンシャル中の電子 （電子のエネルギーは、なぜ離散的に？）について説明でき、計算に用いることができる。
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| 7週 |
トンネル効果（電子がポテンシャルの壁を透過する確率は？） |
トンネル効果（電子がポテンシャルの壁を透過する確率は？）について説明でき、計算に用いることができる。
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| 8週 |
到達度試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
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| 10週 |
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| 11週 |
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| 12週 |
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| 13週 |
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| 14週 |
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| 15週 |
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| 16週 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 波動 | 波の振幅、波長、周期、振動数、速さについて説明できる。 | 3 | |
| 波の重ね合わせの原理について説明できる。 | 3 | |
| 波の独立性について説明できる。 | 3 | |
| 2つの波が干渉するとき、互いに強めあう条件と弱めあう条件について計算できる。 | 3 | |
| 定常波の特徴(節、腹の振動のようすなど)を説明できる。 | 3 | |
| ホイヘンスの原理について説明できる。 | 3 | |
| 波の反射の法則、屈折の法則、および回折について説明できる。 | 3 | |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電子工学 | 電子の電荷量や質量などの基本性質を説明できる。 | 4 | |
| エレクトロンボルトの定義を説明し、単位換算等の計算ができる。 | 4 | |
| 原子の構造を説明できる。 | 4 | |
| パウリの排他律を理解し、原子の電子配置を説明できる。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 20 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |