量子力学1Aのシラバス情報

科目名称
Course title(Japanese)
量子力学1A 科目番号
Course number
22PHQUM301
科目名称(英語)
Course title(English)
Quantum Mechanics (1-A)
授業名称
Class name
量子力学1A
教員名 長嶋 泰之
Instructor Yasuyuki Nagashima
開講年度学期 2022年度 前期
Year/Semester FY2022 summer semester
曜日時限 土曜4限
Class hours
開講学科
Department
理学部第二部 物理学科
外国語のみの科目
(使用言語)
Course in only foreign
languages (languages)
-
単位
Course credit
2.0 授業の主な実施形態
Main class format
ハイフレックス型授業/Hybrid-Flexible format
概要
Descriptions
素粒子物理学から原子物理学や物性物理学に至るまで、現在の物理学の根幹をなす量子力学を学ぶ。キャリアとの関係では、研究者あるいは技術者に必要な物理学の基礎を学ぶことができる。
目的
Objectives
量子力学の考え方やシュレーディンガー方程式の解法、波動関数や演算子の取り扱い等を身につける。
本学科のディプロマポリシー「理論的に思考する能力の基礎を作る」に該当する科目である。
到達目標
Outcomes
1.シュレーディンガー方程式を解いて、電子の運動について記述できるようになる。
2.位置座標、運動量などの量子力学的な取り扱いができるようになる。
3.中心力ポテンシャルや水素様原子を量子力学的に理解できるようになる。
履修上の注意
Course notes prerequisites
量子力学は古典力学をベースとして構築されるものであるから、古典力学を正しく理解している必要がある。その一方で、古典力学とは考え方が大きく異なり、修得に時間がかかる。常に手元に教科書や参考書、ノートを置いておき、時間が許す限り勉強するように心がけること。
アクティブ・ラーニング科目
Teaching type(Active Learning)
課題に対する作文
Essay
- 小テストの実施
Quiz type test
-
ディベート・ディスカッション
Debate/Discussion
- グループワーク
Group work
-
プレゼンテーション
Presentation
- 反転授業
Flipped classroom
-
その他(自由記述)
Other(Describe)
-
準備学習・復習
Preparation and review
入門電磁気学の復習を十分にしておくとともに、 授業前に下記の参考書等を読んでおくこと。授業後はノートと下記の参考書を読んで十分復習すること。 
成績評価方法
Performance grading
policy
定期試験の成績による。出席状況は成績評価には加味されない。
学修成果の評価
Evaluation of academic
achievement
・S:到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A:到達目標を十分に達成している
・B:到達目標を達成している
・C:到達目標を最低限達成している
・D:到達目標を達成していない
・-:学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S:Achieved outcomes, excellent result
・A:Achieved outcomes, good result
・B:Achieved outcomes
・C:Minimally achieved outcomes
・D:Did not achieve outcomes
・-:Failed to meet even the minimal requirements for evaluation
教科書
Textbooks/Readings
・教科書を使用する場合は、MyKiTS(教科書販売サイト)から検索・購入可能ですので以下のURLにアクセスしてください。
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
 
・Search and purchase the necessary textbooks from MyKiTS (textbook sales site) with the link below.
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
参考書・その他資料
Reference and other materials
上記の教科書以外に、優れた量子力学の参考書が多数ある。どれかひとつを手元に置き、徹底的に読みこなすことが大切である。
量子力学・朝永振一郎・みすず書房・1969年
量子力学・メシア・東京図書・1971年
量子力学・ランダウ・リフシッツ・東京図書・1984年 
量子力学・ディラック・岩波書店・1968年
基礎からの量子力学・上村洸、山本貴博・裳華房・2013年
授業計画
Class plan
[]内は準備学習、復習に必要な時間の目安
1   シュレーディンガー方程式1
 (準備学習)質点の運動におけるエネルギー保存則を記述する。[2時間]
 シュレーディンガー方程式の導出について学ぶ。
 (復習)シュレーディンガー方程式を導出できる。[2時間]
2   シュレーディンガー方程式2
 (準備学習)簡単な微分方程式の解を導出する。[2時間]
 最も簡単なシュレーディンガーの解を導出する。
 (復習)簡単なシュレーディンガー方程式の解を導出できる。[2時間]
3   シュレーディンガー方程式3
 (準備学習)微分方程式の解を導出する。[2時間]
 無限に深い井戸型ポテンシャルが存在する場合の1次元問題を解く。
 (復習)無限に深い井戸型ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式の解を導出できる。[2時間]
4   シュレーディンガー方程式4
 (準備学習)無限に深い井戸型ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式の解を導出する。[2時間]
 有限の深さの井戸型ポテンシャルが存在する場合の1次元問題を解く。
 (復習)有限の深さの井戸型ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式の解を導出できる。[2時間]
5  シュレーディンガー方程式5
 (準備学習)力学における調和振動子の運動方程式とその解を導出する。[2時間]
 調和振動子型ポテンシャル中での粒子の運動を理解する。
 (復習)調和振動子型ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式の解を導出できる。[2時間]
6  これまでのまとめ
 (準備学習)これまで勉強してきた内容を振り返り、わからない箇所をまとめておく。[2時間]
 これまで勉強してきた内容を振り返る。わからない箇所を質問し、確実に理解する。
 (復習)これまでの内容を説明できる。[2時間]
7   シュレーディンガー方程式6
 (準備学習)井戸型ポテンシャルが存在する場合の1次元問題を解く。[2時間]
 ポテンシャルによる反射と透過について理解する。
 (復習)ポテンシャルによる反射率と透過率を計算できる。[2時間]
8  シュレーディンガー方程式7
 (準備学習)ポテンシャルによる反射と透過についての理解を深める。[2時間]
 トンネル効果について理解する。
 (復習)トンネル効果における透過率の考え方を説明できる。[2時間]
9   シュレーディンガー方程式8
 (準備学習)線形代数で習った直交化、規格化について復習する。[2時間]
 デルタ関数と連続固有値の固有関数のデルタ関数規格化を理解する。
 (復習)固有関数の規格化について説明できる。[2時間]
10   シュレーディンガー方程式9
 (準備学習)固有関数の規格化について復習する。[2時間]
   周期的境界条件や3次元の自由粒子について学ぶ。
 (復習)周期的境界条件や3次元の自由粒子について説明できる。[2時間]
11   中心力ポテンシャル中の電子1
 (準備学習)力学で習った中心力ポテンシャルについて復習する。[2時間]
 中心力ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式を記述する。
 (復習)中心力ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式を記述できる。[2時間]
12  中心力ポテンシャル中の電子2
 (準備学習)中心力ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式を記述してみる。[2時間]
 球面調和関数について学ぶ。
 (復習)中心力ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式を解くことができる。[2時間]
13  到達度評価
 (準備学習)これまでに学んだ内容を総復習する。[2時間]
 試験を受ける。
14  中心力ポテンシャル中の電子4
 (準備学習)力学で習った角運動量の性質を整理しておく。[2時間]
 中心力ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式を、角運動量演算子を導入して解く。
 (復習)角運動量演算子の性質をまとめ、シュレーディンガー方程式の解法との関係を説明できる。[2時間]
15  復習
 (準備学習)これまで習った中心力ポテンシャルが存在する場合のシュレーディンガー方程式の復習をする。[2時間]
 量子力学1Aで学んだ内容を総復習する。
 (復習)量子力学を説明できる。[2時間]
教職課程
Teacher-training course
本科目は、教育職員免許状取得(教科:理科)に必要な教科に関する科目の「物理学」区分に該当します。
ただし、教科に関する科目区分については、入学年度により異なるため、各自、入学年度または適用となる年度の学修簿により確認をしてください。
実務経験
Practical experience
-
教育用ソフトウェア
Educational software
-
備考
Remarks
本科目は卒業必修科目であり、かつ教職必修科目である。
9922B64
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