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量子力学１

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令和元年度以前入学者 量子力学１
教員名 鈴木俊夫
単位数    2 学年    3 開講区分 文理学部
科目群 物理学科
学期 前期 履修区分 必修
授業の形態 遠隔授業（オンデマンド型授業と課題研究の併用）
授業概要 ミクロな世界の物理法則を学習、理解する
授業のねらい・到達目標 量子力学は0.1～1nｍ程度以下のスケールのミクロな世界に適用される物理法則であり、我々のマクロな日常世界に適用されるニュートン力学に比べて種々の点で異なる。量子力学特有の考え方と原理、基本法則を理解することを目的とする。
マクロな世界のニュートン力学の法則の適用限界を批判的に論ずることができ、ミクロな世界の量子力学の固有の法則とそれに基づく特徴的な現象を論理的に説明することができる。（A-3-3)

この科目は文理学部のDP3及びCP3に対応しています。
授業の方法 Blackboard上にスライドと資料を提示するので、それに基づいて学習を行い、基本的な原理と法則を理解する。pdf-ファイルの資料はスライドの補足である。課題を出すので、それを解くことによって理解を深め新しい知識を身につける。課題の解答は期日まで（特に指定のない場合は翌週の講義まで）にファイルとして提出すること。ファイルの形式は任意だが、数式を記述するときは写真によるjpgファイル（写メ）かスキャンしたpdfファイルが便利で望ましい。課題の解答例は、期日後に提供するので復習すること。また、Blackboard上の掲示板機能を通して「質問」と「議論」の機会を提供する。
本授業の事前・事後学習は、各２時間の学習を目安とします。
授業計画
1 波動と粒子の二重性：光電効果（A-3-3)
【事前学習】振動と波動の復習 （２時間）
【事後学習】光電効果の波長の変化を与える式の導出 （２時間）
2 ド・ブロイ波、不確定性原理（A-3-3)
【事前学習】ニュートン力学の復習 （２時間）
【事後学習】二重スリットの思考実験における量子論と古典論の違いの復習 （２時間）
3 前期量子論：ボーアの水素原子模型 （A-3-3)
【事前学習】これまで提案された原子模型の学習 （２時間）
【事後学習】ボーア模型の基になっている仮説を確認 （２時間）
4 シュレーディンガー方程式、固有値と固有関数、波動関数と確率解釈（A-3-3)
【事前学習】波動方程式の学習 （２時間）
【事後学習】 固有値問題の意味を復習 （２時間）
5 物理量とエルミート演算子（A-3-3)
【事前学習】部分積分の学習 （２時間）
【事後学習】 運動量演算子がエルミートであることを確認 （２時間）
6 物理量の期待値、演算子の交換関係（A-3-3)
【事前学習】確率解釈の復習 （２時間）
【事後学習】 交換しない物理量の不確定性関係について復習を行う （２時間）
7 一次元問題：束縛状態（A-3-3)
【事前学習】三角関数の学習 （２時間）
【事後学習】 ２階の微分方程式の解法の復習 （２時間）
8 井戸型ポテンシャル（A-3-3)
【事前学習】境界条件の意味を復習する （２時間）
【事後学習】解の一般的特徴について復習する （２時間）
9 調和振動子（A-3-3)
【事前学習】古典力学のばねの問題の学習 （２時間）
【事後学習】 エネルギー準位の特徴を復習する （２時間）
10 一次元問題：散乱状態（A-3-3)
【事前学習】 オイラーの公式の学習 （２時間）
【事後学習】進行波と後退波について復習 （２時間）
11 反射と透過、トンネル効果（A-3-3)
【事前学習】境界条件の設定方法の復習 （２時間）
【事後学習】トンネル効果の実例の学習 （２時間）
12 二次元系の束縛状態（A-3-3)
【事前学習】変数分離法の学習 （２時間）
【事後学習】縮退の概念と縮退度の復習 （２時間）
13 三次元中心力ポテンシャル中の束縛状態（A-3-3)
【事前学習】 変数分離法の復習 （２時間）
【事後学習】三次元極座標の復習 （２時間）
14 球面調和関数と角運動量（A-3-3)
【事前学習】境界条件の復習 （２時間）
【事後学習】角運動量の固有値の復習 （２時間）
15 水素原子のスペクトル（A-3-3)
【事前学習】ボーア模型による水素原子の扱いの復習 （２時間）
【事後学習】エネルギー準位の特徴を復習する （２時間）
その他
教科書 原　康夫 『量子力学  （基礎物理シリーズ）』 岩波書店 1994年 第1版
参考書 使用しない
成績評価の方法及び基準 授業内テスト:中間試験、期末試験(50%)、授業参画度:課題への解答状況による評価(50%)
オフィスアワー 授業終了時

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