到達目標
(1)電子の波動性やそれによるエネルギー準位について説明できる。
(2)量子力学の初等的な問題を理解し、その物理的な意味について説明できる。
(3)電子のスピンによる特性を理解し、原子構造や分子結合を説明できる。
(4)結晶とバンド構造を理解し、それを応用した素子について説明できる。
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 | 電子の波動性に基いて原子スペクトルが説明できる。 | 電子の波動性に基いて一部の原子スペクトルを説明できる。 | 電子の波動性およびそれによる原子スペクトルを説明できない。 |
評価項目2 | 量子力学の初歩的な問題について、その原理や各物理量の対応を説明できる。 | 量子力学の初歩的な問題について、その原理や対応の一部が説明できる。 | 量子力学の初等的な問題について、その原理や物理量の対応が説明できない。 |
評価項目3 | 電子のスピンを理解し、その特性によって原子構造・分子結合の基本を説明できる。 | 電子のスピンをある程度理解し、その特性が原子構造や分子結合に関係することを説明できる。 | 電子のスピンやそれによる原子構造・分子結合を説明できない。 |
評価項目4 | バンド構造が物性において重要な役割を担うことを理解し、結晶等を応用した素子の特性を説明できる。 | バンド構造と結晶等をある程度理解し、それが素子に応用されていることを説明できる。 | バンド構造や結晶について説明できない。 |
学科の到達目標項目との関係
JABEE J(05)
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本校 (1)-a
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電子機械 (3)-a
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教育方法等
概要:
電子の波動性を主軸として、量子論、量子力学の原理および電子物性を中心に学習する。
授業の進め方・方法:
講義と演習形式。適宜小テスト,レポート等で理解を助ける。
注意点:
・出席,授業態度を重視し,定期試験,レポート、小テストによる総合評価。特別な事情があって成績が悪い場合,授業態度を考慮して,レポ―ト等で補うことがある。
・授業態度の悪い者、注意が多い者については、特別補習や特別課題を課すものとする。
・授業の進度については、クラスの理解度を考慮しながら調整するため、場合によっては一部内容を変更することがある。
・疑問点や質問があれば率先して聞くよう心掛ける。
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 |
物質の二面性と電子の波動性 |
光の粒子性・電子の波動性の発端となった各現象について説明できる。
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2週 |
水素原子スペクトルと準位構造(1) |
水素原子スペクトルの実験式とボーアモデルの物理的意味について説明できる。
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3週 |
水素原子スペクトルと準位構造(2) |
ボーアモデルを応用することで原子スペクトル構造について説明できる。
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4週 |
量子力学入門(1) |
シュレディンガーの波動力学について理解し、初歩的な問題について説明できる。
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5週 |
量子力学入門(2) |
波動関数の解釈と物理量の対応について説明できる。
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6週 |
量子力学入門(3) |
スピンについて理解し、原子構造について説明できる。
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7週 |
まとめ |
問題演習によって、知識を確実なものにする。
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8週 |
後期中間試験 |
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4thQ |
9週 |
量子化学入門(1) |
量子力学の結果から分子結合への応用を説明できる。
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10週 |
量子化学入門(2) |
分子結合の原理について説明できる。
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11週 |
結晶とブラッグ条件 |
結晶の種類、およびブラッグ反射について説明できる。
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12週 |
バンド構造とその応用(1) |
バンド構造とバンドギャップの理由について説明できる。
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13週 |
バンド構造とその応用(2) |
バンド構造を応用した素子等について説明できる。
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14週 |
量子コンピューターと量子暗号 |
量子力学の原理に基づいて量子コンピューターと量子暗号の基本について説明できる。
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15週 |
まとめ |
問題演習によって、知識を確実なものにする。
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16週 |
学年末試験 |
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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 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電子回路 | ダイオードの特徴を説明できる。 | 2 | 後12,後13 |
バイポーラトランジスタの特徴と等価回路を説明できる。 | 2 | 後12,後13 |
FETの特徴と等価回路を説明できる。 | 2 | 後12 |
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 | 後1,後2 |
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 | 後1,後2 |
原子の構造を説明できる。 | 4 | 後2,後3 |
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 | 後6,後9,後10 |
結晶、エネルギーバンドの形成、フェルミ・ディラック分布を理解し、金属と絶縁体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | 後11,後12 |
金属の電気的性質を説明し、移動度や導電率の計算ができる。 | 3 | 後12 |
真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 3 | 後12,後13 |
半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 3 | 後12,後13 |
pn接合の構造を理解し、エネルギーバンド図を用いてpn接合の電流―電圧特性を説明できる。 | 3 | 後12,後13 |
バイポーラトランジスタの構造を理解し、エネルギーバンド図を用いてバイポーラトランジスタの静特性を説明できる。 | 3 | 後12,後13 |
計測 | SI単位系における基本単位と組立単位について説明できる。 | 3 | 後1,後2 |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 60 | 0 | 0 | 10 | 0 | 30 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 60 | 0 | 0 | 10 | 0 | 30 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |