到達目標
・ ボーアの水素原子模型を説明できる。
・ 位置エネルギーが一定の系でのシュレディンガー方程式を解くことができる。
・ 量子力学における角運動量の性質を理解できる。
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 |
| 評価項目1 | 独力でボーアの水素原子模型を説明できる | 誘導によってボーアの水素原子模型を説明できる。 | 誘導があってもボーアの水素原子模型を説明できない。 |
| 評価項目2 | 位置エネルギーが一定の場合のシュレディンガー方程式を解くことができ，その運動の状態を説明できる。 | 位置エネルギーが一定の場合のシュレディンガー方程式を解くことができる。 | 位置エネルギーが一定の場合のシュレディンガー方程式を解くことができない。 |
| 評価項目3 | 量子力学における角運動量の性質を説明できる。 | 量子力学における角運動量の性質を理解できる。 | 量子力学における角運動量の性質を理解できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
量子力学は，原子・分子が主役となる微視的現象を記述する理論である。この講義の前半では、箱の中の自由粒子の計算を通して量子力学の基本概念を習得する。講義の後半では、交換関係の計算を通してスピンなどの量子力学の角運動量の性質を理解する。
授業の進め方・方法:
講義形式で行う。必要に応じて適宜，演習課題，レポート，宿題を課す。試験結果が合格点に達しない場合，再試験を行うことがある。
注意点:
成績は，試験結果70 %，演習課題・レポート・宿題の結果を 30 % で総合的に評価する。合格点は総合成績で 60 点以上である。
特に，レポート・宿題の未提出者は単位取得が困難となるので注意すること。
自学自習用として，本科在学時に使用した量子力学もしくはそれに関連した教科書が用意できればよい。もし手元にそのようなテキストが無い場合は，次の教科書を例として挙げる。
・「工学系のための量子力学」 上羽 弘 著，森北出版
・「初等量子力学（改訂版）」 原島 鮮 著，裳華房
・「量子力学Ⅰ (改訂版)」 小出 昭一郎 著，裳華房
(講義を受ける前)
これまでに学習した数学・物理・化学の知識を広範囲で用いるので，その日に習うと予想される範囲での物理量の定義や数学の公式などを事前にチェックしておくこと。
(講義を受けた後)
授業の復習を必ず行い，理解できなかったところや不明のところを早めに解決すること。
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 |
授業ガイダンス
1. 光量子 |
授業の進め方と評価の仕方について説明する。
光電効果, コンプトン効果を説明できる。
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| 2週 |
2. 物質波とボーアの原子模型 |
ド・ブロイ波長を計算できる。ボーアの水素原子模型を説明できる。
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| 3週 |
3. シュレディンガー方程式 その 1 |
進行波を用いて物質波が満たすべき式 (時間に依存するシュレディンガー方程式)の形を説明できる。
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| 4週 |
3. シュレディンガー方程式 その 2 |
波動関数の振る舞いと存在確率の関係を説明できる。
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| 5週 |
4. 箱の中の自由粒子 その１ |
境界条件を利用して箱の中の自由粒子の波動関数とエネルギー準位を求めることができる。
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| 6週 |
4. 箱の中の自由粒子 その２ |
波動関数の規格直交性や縮退について説明することができる。
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| 7週 |
5.トンネル効果 |
量子力学特有のトンネル効果について説明できる。
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| 8週 |
6. 不確定性原理と交換関係 |
不確定性原理について説明することができる。演算子の交換関係を計算することができる。
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| 4thQ |
| 9週 |
7. 角運動量 その 1 |
量子力学における角運動量の性質を理解できる。
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| 10週 |
7. 角運動量 その 2 |
角運動量演算子の交換関係を計算できる。
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| 11週 |
7. 角運動量 その 3 |
昇降演算子を利用することにより角運動量の固有値が得られることを理解できる。
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| 12週 |
8. 水素型原子 |
水素型原子のエネルギー準位を説明できる。
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| 13週 |
9. スピン その 1 |
スピンをイメージできる。
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| 14週 |
9. スピン その 2 |
二電子系のスピンを合成できる。多電子系のスピンをイメージできる。
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| 15週 |
到達度試験 |
上記項目について学習した内容の理解度を授業の中で確認する。
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| 16週 |
試験の解説と解答 |
到達度試験の解説と解答、および授業アンケート
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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 |
評価割合
| 試験 | 小テスト | レポート・宿題 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 70 | 0 | 30 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 知識の基本的な理解 | 50 | 0 | 10 | 0 | 0 | 0 | 60 |
| 思考・推論・創造への適用力 | 10 | 0 | 5 | 0 | 0 | 0 | 15 |
| 汎用的技能 | 10 | 0 | 5 | 0 | 0 | 0 | 15 |
| 態度・嗜好性 (人間力) | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| 総合的な学習経験と 創造的思考力 | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 | 0 | 5 |