物理学特論

科目基礎情報

学校	鶴岡工業高等専門学校	開講年度	令和07年度 (2025年度)
授業科目	物理学特論
科目番号	0014	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	専攻科一般科目・共通専門科目	対象学年	専1
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	理工系学生のための量子力学・統計力学入門　小鍋哲著（裳華房）
担当教員	大西 宏昌

到達目標

半導体をはじめとしたエレクトロニクスの動作原理や化学現象を微視的な視点から理解する上で必要な量子力学、統計力学の基礎概念や基本法則を定性的かつ定量的に理解して、材料や電子デバイス等の研究・開発で活用できる能力を養う。

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
物理的思考力	量子論、統計力学の基本原理や公式を用いてミクロな現象を論理的に考察および推論できる。	量子論、統計力学の基本原理や公式を用いて簡単な現象を説明できる。	量子論、統計力学の基本原理を系統的に説明することができない。
量子力学	量子力学の方程式に基づきミクロな力学系の諸物理量を定量的に求めることができる。	量子力学の方程式に基づきミクロな力学系の物理現象を定性的に説明できる。	量子力学の基本原理を系統的に説明することができない。
統計力学	統計力学の基本公式に基づきミクロな力学系の諸物理量を定量的に求めることができる。	統計力学の基本公式に基づきミクロな力学系の諸現象を定性的に説明することができる。	統計力学の基本原理を系統的に説明することができない。

学科の到達目標項目との関係

③専門分野に加えて基礎工学をしっかり身につけた生産技術に関る幅広い対応力

教育方法等

概要:

前半に量子力学の基礎的概念とシュレーディンガー方程式および波動関数について理解し、井戸型ポテンシャルや水素原子内の電子のエネルギー状態、トンネル効果、その他のミクロ現象を学ぶ。後半では統計力学の基礎と、固体の比熱や磁性現象への応用について学ぶ。定性的理解に留まらず、簡単な物理モデルの数理解析が出来ることを目標とする。

授業の進め方・方法:

授業形態は講義・問題演習を主とする。講義資料は事前にWebClassもしくはTeams上で公開する。定期的に課題を課すので、講義中の演習と合わせて実際に問題を解く中で理解を深める。

注意点:

【評価方法・基準】
評価割合は試験70%, 定期課題30%とし、総合評価６０点以上を合格とする。
試験問題は各達成目標に即した内容で、問題のレベルは教科書の問題および授業中に配布する演習問題程度のものを出題する。
◾️再試験について
総合評価で「不可」となった者のうち、定期課題の未提出がない学生に対してのみ再試験（1回のみ）を実施する。

事前・事後学習、オフィスアワー

《事前・事後学習について》本科目は「学修単位」科目であるため、次の①②に留意して受講することが求められる。
①講義（30時間）＋自学自習（60時間）を前提とし、60時間程度の予習・復習（自学自習）が不可欠である。
②単元毎に、自学自習用のレポート課題（要提出）を課す。
《オフィスアワー》講義実施日の16:00-17:00、その他随時。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	古典力学と量子力学	量子力学が必要となった経緯について、二重スリットの実験等を踏まえて説明できる。
		2週	シュレーディンガー方程式と波動関数	シュレーディンガー方程式を導出でき、波動関数の物理的意味を説明できる。
		3週	物理量の期待値と測定値	量子力学にもとづいて物理量の期待値が計算でき、測定値の対応を説明できる。
		4週	シュレーディンガー方程式：井戸型ポテンシャル	井戸型ポテンシャルの問題を解くことができる。
		5週	シュレーディンガー方程式：調和振動子型ポテンシャル	調和振動子型ポテンシャルの問題をとくことができ、零点エネルギーについて説明できる。
		6週	シュレーディンガー方程式：散乱問題	透過率・反射率を用いて量子トンネル効果について説明することができる。
		7週	量子力学の基礎概念	演算子や交換関係、不確定性原理など量子力学の基礎概念を体系的に説明できる。
		8週	問題演習	１－７週の内容について、基本的な問題をとくことができる。
	4thQ
		9週	統計力学の考え方	熱力学、量子力学、統計力学の関係を説明できる。
		10週	孤立系の統計力学：等重率の原理・エントロピー	等重率の原理およびエントロピーなど統計力学の基本原理となる考え方を説明できる。
		11週	孤立系の統計力学ミクロカノニカル分布の応用	ミクロカノニカル分布を用いて基本的な問題を解くことができる。
		12週	閉鎖系の統計力学	カノニカル分布について説明でき、理想気体の問題に適用することができる。
		13週	開放系の統計力学	グランドカノニカル分布について説明できる。
		14週	量子統計	フェルミ統計、ボーズ統計について理解し、状態密度の計算ができる。
		15週	問題演習	9－14週の内容について、基本的な問題をとくことができる。
		16週	試験

評価割合

	試験	定期課題	合計
総合評価割合	70	30	100
基礎的能力	50	30	80
専門的能力	20	0	20
分野横断的能力	0	0	0