現代物理学

科目基礎情報

学校 香川高等専門学校 開講年度 令和03年度 (2021年度)
授業科目 現代物理学
科目番号 212007 科目区分 工学基礎 / 選択
授業形態 講義 単位の種別と単位数 学修単位: 2
開設学科 創造工学専攻(建設環境工学コース) 対象学年 専1
開設期 後期 週時間数 2
教科書/教材 参考書:量子力学(小形正男、裳華房)、熱・統計力学(戸田盛和、岩波書店)をあげるが、各自が自身にあったものを選ぶことを勧める。
担当教員 野田 数人

到達目標

1. 現代物理学の基礎である量子力学と統計物理学の基礎事項を学び、物理的な考え方を理解する。
2. 量子コンピュータの基礎的な性質を理解する。

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量子力学の基礎事項を理解し、一次元の典型的な計算ができる。量子力学の基礎事項を理解し、定性的な理解をしている量子力学の基礎事項を理解をしていない
評価項目2統計物理の基礎事項を理解し、典型的な計算ができる。統計物理の基礎事項を理解し、定性的な理解をしている統計物理の基礎事項を理解をしていない
評価項目3量子コンピュータの基本的な性質を定性的に理解し、科学技術への活用例を知っている。量子コンピュータの基本的な性質を定性的に理解している。量子コンピュータの基礎事項を理解をしていない

学科の到達目標項目との関係

学習・教育目標 B-1 説明 閉じる

教育方法等

概要:
1. 現代物理学の基礎である量子力学と統計物理学の基礎事項を学び、物理的な考え方を理解する。
2. 量子力学と統計物理学の近年の応用先である量子コンピュータの基礎的な性質を理解する。
授業の進め方・方法:
工学基礎としての量子力学と統計物理学の基礎的な内容についての授業を行う。式の意味や考え方、発見の歴史的な経緯を解説する。また、科学技術への応用例を解説することで理解を促す。基礎知識として本科で習得する微積分・古典力学・電磁気学程度を想定し、その範囲を超える高度な数学は必要に応じて講義の中で説明する。2 つの理論を応用した例として、量子コンピュータの基礎的な性質について解説する。
注意点:
定期試験受験要件:総授業時間の2/3 以上の出席を要する。
学修単位:授業時間以外に,1週に4 時間の自主学習が必要である。

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 週ごとの到達目標
後期
3rdQ
1週 ガイダンス 評価方法と授業の進め方を理解する。
2週 量子力学入門(1) 光の粒子性と波動性を理解する。
3週 量子力学入門(2) 電子の粒子性と波動性を理解する。
波動方程式(古典系)の簡単な計算ができる。
4週 シュレディンガー方程式(1) シュレディンガー方程式、定常状態、平面波の性質を理解する。
5週 シュレディンガー方程式(2) 一次元の壁への入射、反射、しみだしの計算ができる。
6週 シュレディンガー方程式(3) 確率の流れの密度、透過率、反射率の計算ができる。
7週 シュレディンガー方程式(4) トンネル効果の計算ができる。
8週 統計物理入門 気体分子運動論の計算ができ、状態方程式との関係を理解する。
4thQ
9週 気体分子運動論(1) 気体分子運動論を理解し、圧力の計算ができる。
10週 気体分子運動論(2) 気体の内部エネルギー、ファンデルワールス方程式を理解する。
11週 気体分子運動論(3) マックスウェル分布の計算ができる
12週 エントロピー さまざまなエントロピーの表式を理解する。
13週 量子コンピュータ入門(1) 上記理論の応用として量子コンピュータの基礎を理解する。
14週 量子コンピュータ入門(2) 上記理論の応用として量子コンピュータの基礎を理解する。
15週 まとめ 上記内容を理解する。
16週 期末試験
答案返却・解答
試験により、到達度を確認する。

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

試験課題合計
総合評価割合7030100
基礎的能力7030100
専門的能力000
分野横断的能力000