到達目標
１．前期量子論を理解できる。
２．シュレーディンガー方程式を適用することができる。
３．不確定性原理と交換関係を理解できる。
４．特殊相対性理論の基礎を説明できる
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 | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1 | 量子条件・振動数条件を理解できる。 | 水素原子モデルを理解できる。
古典力学的な軌道運動との違いを理解できる。
| 水素のスペクトルをリュードベリ定数を用いて説明できない。 |
| 評価項目2 | ポテンシャル問題を解くためにシュレーディンガー方程式を適用できる。 | 時間を含まないシュレーディンガー方程式、時間を含むシュレーディンガー方程式を立てることができる。 | 運動量、エネルギー、ハミルトニアンを演算子表記することができない。 |
| 評価項目3 | 位置と運動量、時間とエネルギーを同時に正確に求めることはできないことを説明できる。 | 交換子の演算から、交換可能であるか否かを判断できる。 | 交換子の計算ができない。 |
| 評価項目4 | ローレンツ変換、時間間隔、ローレンツ収縮を計算できる。 | ローレンツ変換、時間間隔、ローレンツ収縮を説明できる。 | ローレンツ変換、時間間隔、ローレンツ収縮を計算できない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達目標 3-1
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JABEE（2012）基準 1(2)(c)
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JABEE（2012）基準 2.1(1)④
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教育プログラムの科目分類 (2)①
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教育プログラムの科目分類 (3)④
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教育方法等
概要:
電子、原子レベルの現象解明に対する量子力学の必要性を理解する。そして、「シュレーディンガー方程式」の量子井戸への適応と、「不確定性原理」と「交換関係」の取り扱いについて学習する。また、特殊相対性理論についても簡単に触れる。現代物理の入門レベルの内容であるが、本科で学習した応用物理・微積分の基礎的事項は一通り理解していることを前提とする。
授業の進め方・方法:
講義形式で進める。
注意点:
講義で展開される数式は自ら確認する必要がある。また学習内容を定着させるために、例題や練習問題を数多く解く。
１回の講義（90分）に対し、自学自習（180分）が必要である。
授業の属性・履修上の区分
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 |
前期量子論 |
原子スペクトルの「離散性」や「光電効果」と「Compton効果」から、『光の粒子性』を説明できる。
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| 2週 |
前期量子論 |
原子スペクトルの「離散性」や「光電効果」と「Compton効果」から、『光の粒子性』を説明できる。
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| 3週 |
前期量子論 |
電子線回折を通して『電子の波動性』を説明できる。
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| 4週 |
前期量子論 |
水素原子のエネルギー準位について説明できる。
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| 5週 |
シュレーディンガー方程式 |
古典力学における弦の固有振動との対応から、物質波をもつ粒子の運動に伴う固有値と固有関数を説明できる。
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| 6週 |
シュレーディンガー方程式 |
運動量を演算子化することにより、その固有値と固有関数を説明できる。
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| 7週 |
シュレーディンガー方程式 |
エネルギーを固有値とするハミルトニアン(演算子)に対する固有値方程式シュレーディンガー方程式を、無限深さの１次元井戸型ポテンシャルに適応し、波動関数を求めることができる。さらに、この波動関数の規格直交化を説明できる。
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| 8週 |
シュレーディンガー方程式 |
エネルギーを固有値とするハミルトニアン(演算子)に対する固有値方程式シュレーディンガー方程式を、無限深さの１次元井戸型ポテンシャルに適応し、波動関数を求めることができる。さらに、この波動関数の規格直交化を説明できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
シュレーディンガー方程式 |
エネルギーを固有値とするハミルトニアン(演算子)に対する固有値方程式シュレーディンガー方程式を、無限深さの１次元井戸型ポテンシャルに適応し、波動関数を求めることができる。さらに、この波動関数の規格直交化を説明できる。
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| 10週 |
シュレーディンガー方程式 |
有限深さの量子井戸では、波動関数の浸み出し効果(トンネル効果)があることが説明できる。
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| 11週 |
不確定原理と交換関係 |
電子の「位置」と「運動量」を同時に定められないことを説明できる。
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| 12週 |
不確定原理と交換関係 |
交換関係が『０』でない２つの演算子(例えば「位置」と「運動量」あるいは「時間」と「エネルギー」)の間には、不確定原理が成立することが説明できる。
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| 13週 |
特殊相対性理論 |
真空中の光速が不変であることを理解し、ローレンツ変換収縮について説明することができる。
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| 14週 |
特殊相対性理論 |
時間間隔・ローレンツ収縮について説明することができる。
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
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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 | 70 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 100 |
| 基礎的能力 | 35 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 55 |
| 専門的能力 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 30 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 15 |