到達目標
１．粒子と波動の二重性について理解し、適用方法を説明できる。
２．水素原子のボーアモデルを理解し、不連続スペクトルを定量的に説明できる。
３．シュレディンガー波動方程式の意味を理解し、簡単な量子力学の計算ができる。
４．原子核の構造と放射能について説明できる。
５．固体の結晶構造を理解し、その物性との関連を説明できる。
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(可) | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1 | 粒子と波動の二重性について理解し、基礎的な適用方法を応用できる。 | 粒子と波動の二重性について理解し、基本的な適用方法を説明できる。 | 粒子と波動の二重性について理解できず、基本的な適用方法を説明できない。 |
| 評価項目2 | 水素原子のボーアモデルを理解し、不連続スペクトルを定量的に説明できるとともに、その矛盾点を議論できる。 | 水素原子のボーアモデルを理解し、不連続スペクトルを定量的に説明できる。 | 水素原子のボーアモデルを理解できず、不連続スペクトルを定量的に説明できない。 |
| 評価項目3 | シュレディンガー波動方程式の意味を理解し、初歩的な量子力学の計算ができる。 | シュレディンガー波動方程式の意味を理解し、簡単な量子力学の計算ができる。 | シュレディンガー波動方程式の意味を理解できず、簡単な量子力学の計算ができない。 |
| 評価項目4 | 固体の結晶構造を熟知し、その物性との関連を5つ以上の例について説明できる | 固体の結晶構造を概ね理解し、その物性との関連を3つ以上の例について説明できる | 固体の結晶構造を理解できず、物性との関連を説明できない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
物理化学は、種々の物質の構造と特性について、巨視的および微視的な２つの立場から理解しようとするものである。物理化学１〜３では「新しい基礎物理化学（三共出版）」をテキストとして用い、主に巨視的な立場から物理化学現象を説明した。本講義では、ニュートンの古典力学と量子力学の相違点を認識した後、量子論的な考え方の基礎とその簡単な応用について修得し、固体物性論の初歩と実用まで展開する。なお、この科目は企業で無機固体材料の機能開発に携わっていた教員が、その経験を活かし、機能性および構造セラミックスの特性、最新の設計手法等について講じるものである。
授業の進め方・方法:
資料を配付し、演習問題を解いて理解を深める。授業中に数値計算を課すので関数電卓は必ず持参すること（定期試験にも電卓持込みとする）。なお、専門用語の英語訳は将来的に極めて重要であると考え、早いうちから慣れておくことを必須課題とする。主要となる専門用語の英単語はすべて必修とし、定期試験に出題する。
注意点:
物理化学の理解には数式の取扱いが必須であり、これまで数学で学んだ微積分、幾何学などを活用していくことになる。
数学が苦手だった学生には、嫌々復習するのではなく、自然の法則が数式によって記述されることに新鮮な感動を覚え、自身の計算で科学現象を導く醍醐味を味わってほしい。
１．関数電卓の使い方に慣れ、単純な計算でも必ず実行して最終結果まで自身で導くこと。
２．計算時、必ず「単位」に留意せよ。異なる単位同士の足し算・引き算はあり得ない。異なる単位の掛け算・割り算によって別の単位が生成する。
３．紙とエンピツによる数式の手計算も重要である一方、エクセル等のPCソフトの活用は極めて有効であると心得よ。
本講義の中にも随所に数学の基礎知識を確認する演習等を行うが、到達目標に達しない場合は追加課題を与える。
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 |
概要説明 |
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| 2週 |
光と波の二重性① |
既に学んだ古典力学の基礎を再確認し、量子力学との相違を明確にする
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| 3週 |
光と波の二重性② |
量子力学の基本式を理解し、基本的な単位換算に慣れる。光電効果および電子の回折現象について理解する
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| 4週 |
前期量子論① |
黒体放射の現象をプランクの量子仮説で説明でき、水素の原子半径をボーアモデルによって説明できる
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| 5週 |
前期量子論② |
水素の不連続スペクトルをボーアモデルによって説明できる
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| 6週 |
波動方程式① |
シュレディンガーの波動方程式を導出することができ、その物理的な意味を説明できる
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| 7週 |
波動方程式② |
井戸型ポテンシャルにおける波動方程式を解くことができる
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
試験返却 |
中間試験範囲で理解不十分であった点を認識する。理解できていた点についても別解法や多面的な理解を深める。
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| 10週 |
固体化学① |
結合様式の違いにより結晶を分類でき、材料特性との関連を説明できる
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| 11週 |
固体化学② |
ミラー指数によって結晶面を記述でき、晶系と対称性について説明できる
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| 12週 |
固体化学③ |
固体電解質のイオン伝導性と結晶構造の関連を説明できる
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| 13週 |
固体化学④ |
固体の電子伝導性と電子構造の関連を説明できる
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| 14週 |
固体化学⑤ |
固体の熱特性、誘電特性について結晶構造の観点から説明できる
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
試験返却 |
期末試験範囲で理解不十分であった点を認識する。理解できていた点についても別解法や多角的な理解を深める。
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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 | 化学・生物系分野 | 無機化学 | 主量子数、方位量子数、磁気量子数について説明できる。 | 4 | |
| 電子殻、電子軌道、電子軌道の形を説明できる。 | 5 | |
| イオン結合と共有結合について説明できる。 | 4 | |
| 基本的な化学結合の表し方として、電子配置をルイス構造で示すことができる。 | 4 | |
| 金属結合の形成について理解できる。 | 4 | |
| 代表的な分子に関して、原子価結合法(VB法)や分子軌道法(MO法)から共有結合を説明できる。 | 4 | |
| 電子配置から混成軌道の形成について説明することができる。 | 4 | |
| 結晶の充填構造・充填率・イオン半径比など基本的な計算ができる。 | 4 | |
| 代表的な元素の単体と化合物の性質を説明できる。 | 5 | |
| 物理化学 | 電池反応と電気分解を理解し、実用例を説明できる。 | 4 | |
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 | 90 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 90 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |