年 科 配 授 目 当 業 学 の 種 度 2015年度 名 量子科学入門 年 2年 必 修 ・ 選 択 選択 類 講義 単位数 授 2単位 C 業 期 間 A 春 P 制 対象 授 業 回 数 15 授 業 の 担 当 者 川辺 豊 単 位 認 定 責 任 者 川辺 豊 授 業 科 目 の 主 題 高校レベルの原子物理学をベースにして、量子力学の基本部分であるシュレディンガー方程式につ いて学習する。 授 業 科 目 の 概 要 われわれの身の回りの工業製品には半導体をはじめとする多くの材料が用いられている。また、 生命体はさまざまな分子から構成されている。 分子・材料の機能を理解するには、原子・分子の電子の分布や運動を知る必要がある。しかし原 子・分子のようなミクロなもののふるまいは古典力学では十分には理解できず、量子力学を用いな ければならない。 量子力学はミクロの世界（分子・原子・素粒子）を理解するために作られた。「物質の波動性」 、「不確定性原理」など、われわれのいわゆる「常識」とはかけはなれた部分も多い。本科目（量 子科学入門）では、この不思議ではあるが、魅力的な体系の基礎をできるだけ具体的な例を交えな がら講義をおこない、知識と応用法を習得することを目的とする。 本講義で扱うのは量子力学の初歩的な部分である。講義では、光の粒子・波動の二重に関する基 本的な現象、物質の波動性とその応用である前期量子論、不確定性原理と波動性の関係、基本方程 式であるシュレディンガー方程式と、それらに関する簡単な計算例を扱う。 授業科目の到達目標 理系の教養として高校程度の原子物理学の基本をまず復習し、ボーアの原子や放射性物質の半減期 など現代において重要な現象については、公式を正確に用いて大学初級レベル相当の簡単な課題を 行える。 さらに不確定性原理の知識を加え量子力学の概念を把握したうえで基本方程式のシュレディンガー 方程式を導くが、まずは波動方程式やハミルトニアンについては簡単なポテンシャル問題について 記述できる。 ついでこれを用いて一次元の量子現象（量子井戸とトンネル効果）についての解法を参照して、エ ネルギー準位にかかわる計算（遷移に要するエネルギーなど）やトンネル確率などが電卓を用いて 計算できる。 授業方法・指示・ 出 席 な ど 1. 教科書を用いるので、購入することが望ましい。 2. 教科書には演習問題があるが、自習用である。予習復習を行うことを前提として授業を行うの で、必ず事前又は事後に一読し、演習も各自で行うこと。 研 究 室 所 在 授業の展開 １． イントロダクション ２． 光子に関する基本公式 ３． 空洞放射とプランクの仮説 ４． 光電効果と相対論の初歩 ５． コンプトン効果 ６． 原子の構造とボーアの仮説 ７． 原子核 ８． 核反応とエネルギー ９． ドブロイの物質波 E124 １０． ハイゼンベルクの不確定性原理 １１． シュレディンガーの波動方程式 １２． 一次元量子井戸 １３． 波動関数と物理量 １４． トンネル効果 １５． まとめ 試 験 等 の 実 施 授業外学修について (レポート・課題等の頻 度 及 び 提 出 方 法 ) 中間テスト・定期試験・ 再 試 験 等 に つ い て 定期試験 再試験 課題･ﾚﾎﾟｰﾄ等 中間テスト等 その他 ○ ○ × ○ − 小テスト： 授業の最後に10分程度の小テストを毎回行う。 中テスト：30分程度のテストを4回行う。時期についてはポータルに掲示する。 小テスト、中テストの再試験： いかなる理由があっても行わない。忌引等でやむを得ず欠席したときは、事前および事後の場合は 直後に届出書を提出した場合にのみ個別に検討する。 最終テスト：試験期間中に行う。必ず受験すること。 試験の持ち込みは全て可とする。したがって、公式を暗記する必要はない。科学的な意味の把握と 論理的に公式を応用できる理解度を重視する。 教科書の演習問題で、授業中に触れる時間がなかったものについては、自修すること。とくに巻末 に略解しか与えていないものは基本的なものであるから、完全に理解し解けるようにしておくこと 。 教 参 科 考 文 書 教 科 書：「初歩から学ぶ量子力学（２０１５年）」 （売店にて販売） 献 参 考 書： 1. 高校程度 「理解しやすい物理I・II」近角聰信、三浦登（文英堂）などの受験参考書 「量子力学とはなんだろう」長岡洋介（岩波書店、岩波ジュニア新書） 2. 初級 「高校数学でわかるシュレディンガー方程式」竹内淳（講談社ブルーバックス） 「Aha! 量子力学がわかった!」一石賢（日本実業出版社） 「単位が取れる量子力学ノート」橋本淳一郎（講談社サイエンティフィック） 3. 中級 「基礎量子物理学」寺澤倫孝、三田村徹（共立出版） 「量子力学」佐川弘幸、清水克多郎（シュプリンガー・フェアラーク東京）、 4. 上級 「量子力学I、II」小出昭一郎（裳華房） 「量子力学I、II」猪木慶治、川合光（講談社サイエンティフィック） 5. 大学院程度 「量子力学 上、下」シッフ著、井上健訳（吉岡書店） 「量子力学1、2、3」メシア著、小出昭一郎、田村二郎訳（東京図書） 「量子力学」グライナー著、伊藤伸泰、早野龍五訳（シュプリンガー・フェアラーク東京） 本学のe-learning教材（一部未完成）も利用できる。 （標準物理−大学物理−量子力学基礎） 成績評価の方法基準 毎回の小テスト、4回の中テスト（20分程度）、学期末の最終試験によって評価する。（予定） 配点の按分は 小：中：最終 = 2 : 4 : 4 程度である。原則として、学則に従い100点満点で60点以上 を合格とする。再試験を受験した場合、その結果は最終試験に置き換えられるが、成績は「可」「 不可」に限る。
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