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科目の基本情報

開講年度 2017 年度
開講区分 工学部機械工学科 ・専門教育
受講対象学生 学部(学士課程) : 2年次
工学部機械工学科
選択・必修 必修
学科必修
授業科目名 量子力学
りょうしりきがく
Quantum Mechanics
単位数 2 単位
他学部・他研究科からの受講 他学科の学生の受講可, 自研究科の学生の受講可
市民開放授業 市民開放授業ではない
開講学期

後期

開講時間 火曜日 5, 6時限
開講場所 未定

担当教員 鈴木 泰之(工学研究科機械工学専攻)

SUZUKI, Yasuyuki

学習の目的と方法

授業の概要 機械工学の基礎が力学にあることは論を待たないが、これは物質に力が作用するときの運動を解析・記述する学問体系であり、この中には物質とまわりの場の相互作用する現象は全て含まれる。
量子力学は光や電子、原子のもつミクロな性質のマクロな関係を扱う力学である。超伝導、レーザー、磁場測定法のSQUIDなどから固体の変形の本質にいたるまで多くのものがこの力学に基礎をおいている。
この講義ではこのような力学現象を扱う新しい法則性と直感を学ぶ。
学習の目的 GPS、超電導、レーザー、SQUID、量子コンピュータ等新技術の理解ができるようにし、こうした知識を機械工学の他の分野に応用できる能力を養う。
学習の到達目標 相対論と量子論の一般的な概念を理解し、現代物理学の入門的な知識の獲得と今後の発展の基礎となる論理的思考力を得る。
ディプロマ・ポリシー
○ 学科・コース等の教育目標
○ JABEE 関連項目

○ 全学の教育目標
感じる力
  • ○感性
  •  共感
  •  倫理観
  •  モチベーション
  •  主体的学習力
  •  心身の健康に対する意識
考える力
  •  幅広い教養
  • ○専門知識・技術
  • ○論理的思考力
  • ○課題探求力
  • ○問題解決力
  • ○批判的思考力
コミュニケーション力
  •  情報受発信力
  • ○討論・対話力
  •  指導力・協調性
  •  社会人としての態度
  •  実践外国語力
生きる力
  •  感じる力、考える力、コミュニケーション力を総合した力

(本学の教育目標との関連)
「感じる力」=30%: 量子論のイメージを構築すること
「考える力」=50%: 量子力学の考え方を理解すること
「生きる力」=15%: 量子力学の知識を他の専門科目に活かすこと
「コミュニケーション力」=5% :授業中に演習問題の解法を披露すること

授業の方法 講義

授業の特徴

教科書 小出昭一郎著:基礎物理学選書:量子論(改訂版)、裳華房
参考書
成績評価方法と基準 原則として試験の成績であるが、一部出席,レポートを考慮する。
オフィスアワー 原則として後期火曜日講義後に機械棟2階鈴木泰之教官室にて対応。電子メールによる質問など歓迎
受講要件 微分方程式,複素数を履修していること。
予め履修が望ましい科目 この授業の基礎となる科目として、基礎線形代数学、工業数学Ⅰ及び演習、工業数学Ⅱ及び演習、工業数学Ⅲ、工業数学Ⅳ、入門物理学演習、基礎物理学Ⅱがある。
発展科目 発展・応用として、応用電子論、大学院では 個体物理得論・演習,極限物性得論
授業改善への工夫 単なる計算等はプリントとして配布し、結果の吟味に時間をかける。
その他 相対論、量子論は、もともといわゆる常識からの離脱を必要とします。柔軟な論理思考で考える力を養ってください。

授業計画

キーワード 物理学の基礎、材料と構造、運動と振動、エネルギーと流れ、情報と計測・制御
弾性と塑性、運動の法則、波動、物性論、熱放射、センサ
量子力学の基礎、不確定性原理、Schrodinger方程式、固有値、固有関数、自由電子論、バンド理論、黒体放射、比熱、光学
Key Word(s) structure of materials, materials science, heat radiation, quantum mechanics, uncertainty principle, Schrodinger equation, eigenvalue, free electron theory, band theory, black body emission
学習内容 第1回 
Ⅰ.光とは何か。
Ⅱ.よくわかる時空と相対性理論
第2回
Ⅲ.光の運動量とみかけの質量
第3回
Ⅳ.ボーアモデル
第4回 
Ⅴ.シュレディンガーの考えと波動方程式
第5回
Ⅵ.調和振動子
Ⅶ.1次元井戸型ポテンシャル問題:箱内の粒子
第6回
Ⅷ.表面しみ出し問題
第7回
Ⅸ.演算子について
第8回
Ⅹ.直交関数系
第9回
ⅩⅠ.波動方程式の3次元拡張と周期的境界条件
第10回
ⅩⅡ.水素型原子の波動関数
第11回
ⅩⅢ.角運動量の量子化
第12回
ⅩⅣ.sp混成軌道
第13回
ⅩⅤ.電子のスピン
第14回
ⅩⅥ.対称,反対称
第15回
ⅩⅦ.電子波の干渉によるエネルギの低下
ⅩⅧ.(超伝導とは)
第16回 定期試験
学習課題(予習・復習)
ナンバリングコード(試行) EN-SYST-2

※最初の2文字は開講主体、続く4文字は分野、最後の数字は開講レベルを表します。 ナンバリングコード一覧表はこちら


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