到達目標
温度と熱の違いが説明できること．熱力学第1法則，第2法則が説明できエントロピーの概念が説明できること．統計力学の基本的取り扱いができる事，更に理想量子気体の振る舞いが説明できること．これらの内容を満足する事で，学習・教育目標の(C-１)の達成とする．
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 | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1 | 熱量と温度の違いを統計力学から説明できる． | 熱量と温度の違いを分子運動論から説明できる． | 熱量と温度の違いが説明できない． |
| 評価項目2 | 気体の性質を統計力学から説明できる． | 気体の性質を説明できる． | 気体の性質が説明できない． |
| 評価項目3 | 量子力学系の物性を統計力学で説明できる． | 調和振動子系などの物性を統計力学で説明できる． | 量子力学系の物性を説明できない． |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
物性の理解のために，統計力学の基礎的な考え方を学ぶ．はじめに，熱力学の基礎，量子論の基礎的な概念を確認した後，熱，温度，エントロピーの概念を学ぶ．これらを統計力学的に再構成し，量子統計力学の基礎を学ぶ．
授業の進め方・方法:
・授業方法は講義を中心とし，演習問題や課題をだす．
・毎回，レポート課題を課すので，期限に遅れず提出すること．
なお，この科目は学修単位科目であり，授業時間30時間に加えて，自学自習時間60時間が必要である．事前・事後学習として課題等を与える．
注意点:
＜成績評価＞試験（50%），レポート課題・演習（50%）とし合計100点満点で目標(C-1)の達成度を評価する．評価結果60点以上を合格とする．
＜オフィスアワー＞毎週水曜日16:00～17:00，機械工学科棟３Ｆ 314物理教員室．この時間にとらわれず必要に応じて来室可．
＜先修科目・後修科目＞先修科目は応用物理I，応用物理II,および物性物理学となる．
＜備考＞応用物理I，応用物理II,および物性物理学の内容を理解していること共に，数学（偏微分，全微分，変分法,統計学）が自由に使えることが必要である．毎回の講義内容を整理・復習し，自分なりに理解する事が大切である．
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 |
温度と熱 |
熱量と温度の違いを説明できる．
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| 2週 |
分子運動論 |
分子運動論から熱と温度の違いとその意味を説明できる．
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| 3週 |
熱力学第1法則 |
エネルギー保存則としての熱力学第1法則を説明できる．
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| 4週 |
定積比熱と定圧比熱 |
理想気体の比熱を理解する．理想気体と実在気体の比熱の違いの原因を指摘することができる．
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| 5週 |
熱機関 |
カルノーサイクルの熱効率を求めながら、熱効率の物理的な意味を説明できる．
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| 6週 |
熱力学第2法則と熱力学的エントロピー |
熱力学におけるエントロピーの導出を理解する。エントロピーの熱力学的意味を熱力学第2法則として説明できる．
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| 7週 |
統計的扱いとランダムウオーク |
統計の取り扱いが出来るようになる．
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| 8週 |
マクスウェルの速度分布 |
速度分布関数，ボルツマン因子を理解する．
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| 2ndQ |
| 9週 |
統計力学の基本的考え方 |
エントロピーの統計力学的意味を理解する．
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| 10週 |
カノニカル分布 |
カノニカル分布の考え方が説明でき、エネルギー等分配則を確かめることができる。
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| 11週 |
統計力学と熱力学の関係 |
理想気体を例に統計力学と熱力学の関係を説明できる．
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| 12週 |
調和振動子と熱輻射のスペクトル |
調和振動子の統計力学的な性質が説明できる．熱輻射のスペクトルを説明できる．
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| 13週 |
2準位系，スピン常磁性 |
2準位系などの統計力学的な性質が説明できる．
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| 14週 |
量子気体、 |
ボーズ分布，フェルミ分布が説明できる．
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| 15週 |
磁気相転移 |
磁気相転移をイジングモデルで説明できる．
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| 16週 |
前期末達成度試験 |
統計力学の基本的取り扱いができるか確認する．
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評価割合
| 試験 | 小テスト | 平常点 | レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 50 | 10 | 0 | 40 | 100 |
| 基礎的能力 | 50 | 10 | 0 | 40 | 100 |