応用物理学

科目基礎情報

学校 岐阜工業高等専門学校 開講年度 令和03年度 (2021年度)
授業科目 応用物理学
科目番号 0023 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 先端融合開発専攻 対象学年 専1
開設期 後期 週時間数 2
教科書/教材 参考書:キッテル固体物理学入門(丸善)
担当教員 富田 勲

目的・到達目標

①水素原子の電子構造に基づいて,元素の性質の概要について理解する。
②固体の5種類の結合方法の概要について理解する。
③結晶構造とその解析方法の概要について理解する。
④結晶内の電子の運動を記述する波動方程式について理解する。
⑤フェルミ分布関数とその物理的な意味について理解する。
⑥固体のバンド構造について理解する。

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水素原子の電子構造に基づいて,元素の性質の概要について正確に理解できる。水素原子の電子構造に基づいて,元素の性質の概要についてほぼ正確に理解できる。水素原子の電子構造に基づいて,元素の性質の概要について理解できない。
評価項目2固体の5種類の結合方法の概要について正確に理解できる。固体の5種類の結合方法の概要についてほぼ正確に理解できる。固体の5種類の結合方法の概要について理解できない。
評価項目3結晶構造とその解析方法の概要について正確に理解できる。結晶構造とその解析方法の概要についてほぼ正確に理解できる。結晶構造とその解析方法の概要について理解できない。
評価項目4結晶内の電子の運動を記述する波動方程式について正確に理解できる。結晶内の電子の運動を記述する波動方程式についてほぼ正確に理解できる。結晶内の電子の運動を記述する波動方程式について理解できない。
評価項目5フェルミ分布関数とその物理的な意味について正確に理解できる。フェルミ分布関数とその物理的な意味についてほぼ正確に理解できる。フェルミ分布関数とその物理的な意味について理解できない。
評価項目6固体のバンド構造の概要について正確に理解できる。固体のバンド構造の概要についてほぼ正確に理解できる。固体のバンド構造の概要について理解できない。

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

概要:
現代物理学に基づいて物質の構造といくつかの物性に関する概要を講義する。固体の多くは結晶であり,その構造を知ることは重要である。結晶構造と解析方法の概要を習得する。量子論と物性論の立場から,水素原子の電子構造,固体の結合方法,電気伝導性などについて理解を深める。
授業の進め方と授業内容・方法:
授業では、配布されるプリントに必要事項を記入し、演習に積極的に参加することが理解の早道である。また、各項目では、関連する最新の話題について触れる。また,専門用語の英単語を板書で併記する.授業と演習を通じ,自分の理解度を確認しつつ,復習・予習等の自宅学習が重要である。英語導入計画:Technical terms
注意点:
成績評価に教室外学修の内容は含まれる。総合点で6割以上が合格。
学習・教育目標:(D-1)

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
後期
3rdQ
1週 固体中の電子等の性質(ALのレベルC) 固体中の電子の性質や光と固体の相互作用を理解する(教室外学修)固体中の電子の性質や光と固体の相互作用についての演習を行う
(時間外学習・事前)本科における関連項目を復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
2週 固体中の電子の波動性と原子の構造(ALのレベルC) 固体中の電子の波動性(ド・ブロイの関係式)と原子の構造を理解する(教室外学修)固体中の電子の波動性(ド・ブロイの関係式)と原子の構造について考察する。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
3週 固体を形成する原子結合(ALのレベルC) 固体を形成する原子の各種の結合状態を理解する(教室外学修)固体を形成する原子の各種の結合状態について調べる。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
4週 原子配列と結晶構造(1)(ALのレベルC) 体心立方構造、面心体心立方構造などの結晶構造のミラー指数表示を理解する(教室外学修)体心立方構造、面心体心立方構造などの結晶構造のミラー指数表示を学習する。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
5週 原子配列と結晶構造(2)(ALのレベルC) 閃亜鉛鉱構造、六方最密充填構造などの結晶構造のミラー指数表示を理解する(教室外学修)閃亜鉛鉱構造、六方最密充填構造などの結晶構造のミラー指数表示を学習する。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
6週 固体の結晶構造の解析法(1)(ALのレベルC) 固体の結晶構造解析で必要となる実格子と逆格子の概念を理解する(教室外学修)固体の結晶構造解析で必要となる実格子と逆格子の概念を学ぶ。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
7週 固体の結晶構造の解析法(2)(ALのレベルC) 結晶格子により散乱されたX線または電子線の波の散乱強度を理解する(教室外学修)結晶格子により散乱されたX線または電子線の波の散乱強度について考察する。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
8週 平常試験 第1週~7週の授業内容の項目を総復習し理解する
(時間外学習・事前)第1週~7週の授業内容を復習しておく。(約3時間)
(時間外学習・事後)試験問題に関連する問題を解く。(約1時間)
4thQ
9週 固体の格子振動(1)(ALのレベルC) 単原子で構成された固体中の格子振動(フォノン)とその分散関係を理解する(教室外学修)単原子で構成された固体中の格子振動(フォノン)とその分散関係について理解する。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
10週 固体の格子振動(2)(ALのレベルC) 2原子で構成された固体中のフォノン伝搬および分散関係を理解する(教室外学修)2原子で構成された固体中のフォノン伝搬および分散関係についてまとめる。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
11週 固体中の電子を記述する波動方程式(1)(ALのレベルC) 固体中を自由に伝搬する電子の波動方程式(シュレディンガー方程式)を理解する(教室外学修)固体中を自由に伝搬する電子の波動方程式(シュレディンガー方程式)についての演習を行う。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
12週 固体中の電子を記述する波動方程式(2)(ALのレベルC) 結晶の周期構造を反映して伝搬する電子波のシュレディンガー方程式を理解する(教室外学修)結晶の周期構造を反映して伝搬する電子波のシュレディンガー方程式について学習する。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
13週 固体中の電子分布関数(ALのレベルC) 固体中の電子の状態密度、フェルミ分布関数を理解する(教室外学修)固体中の電子の状態密度、フェルミ分布関数について学ぶ。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
14週 固体のバンド構造(ALのレベルC) 固体のバンド構造と伝導体の種別を理解する(教室外学修)固体のバンド構造と伝導体の種別を理解する。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
15週 固体物理学の演習問題の解き方の講義(ALのレベルC) 固体物理学の演習問題の解法を理解する(教室外学修)固体物理学の演習問題の解き方をまとめる。
(時間外学習・事前)前回の授業の復習しておく。(約1時間)
(時間外学習・事後)授業やLMSで課題として与えた問題を解く。(約3時間)
16週

評価割合

試験課題合計
総合評価割合20050250
得点20050250