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量子力学１演習

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令和２年度以降入学者 量子力学１演習
令和元年度以前入学者 量子力学１演習
教員名 山本大輔
単位数    1 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 対面授業
Blackboard ID:20221485
授業概要 これまでに学んだ古典力学とはまったく異なるミクロな世界の物理法則（量子力学）を学習し、その考え方に慣れる。
授業のねらい・到達目標 量子力学は我々の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（学士（理学）)のDP3及びCP3に対応しています。
授業の方法 授業の形式：【演習】
「量子力学１」と連動した問題演習を行うため、原則的には両方履修すること。再履修等で止むを得ず片方だけの履修となる学生は個別対応を行う。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。
基本的には指定の教科書の流れに沿って授業を進めますが、教科書の購入は必須ではありません（代替となる教科書やWeb解説などを参考にしてもよい）。

対⾯授業に参加できない場合、以下の要件を満たす学⽣で許可を得たものには個別対応を行う（メールによる理由の説明と事前相談が必要）。
（１）個別対応を認める要件︓⽇本に⼊国できない留学⽣、医師の診断等により特別な理由がある学生
（２）個別対応例︓
①対⾯授業終了後、Blackboard に配信する動画を視聴し、メールで質問を受け付ける。
②中間、期末試験はzoomでのオンライン受験（要カメラ、マイク）を行う。
授業計画
1 波動と粒子の二重性：光電効果に関する問題演習（A-3-3)
（以下、講義内容・学習順は学生の理解度に応じて随時変更する可能性があります）
【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、不確定性原理に関する問題演習（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に関する問題演習 （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に関する問題演習（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に関する問題演習（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、演算子の交換関係に関する問題演習（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、井戸型ポテンシャルに関する問題演習（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 学習内容の整理と授業内中間試験(A-3-2)
【事前学習】これまでの学習内容を復習しておく。 （２時間）
【事後学習】解けなかった試験問題を確認しておく。 （２時間）
9 調和振動子に関する問題演習（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：散乱状態に関する問題演習（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、トンネル効果に関する問題演習（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に関する問題演習（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に関する問題演習（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、水素原子のスペクトルに関する問題演習（A-3-3)
【事前学習】境界条件の復習、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】角運動量の固有値の復習 、エネルギー準位の特徴を復習する （２時間）
15 学習内容の整理と授業内期末試験に関する問題演習(A-3-2)
【事前学習】これまでの授業で理解が不十分な箇所をプリントと授業ノートを見て確認しておくこと。 （２時間）
【事後学習】理解が不十分な事項を教科書と授業ノートを用いてまとめる。 （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
基本的には指定の教科書の流れに沿って授業を進めますが、教科書の購入は必須ではありません（代替となる教科書やWeb解説などを参考にしてもよい）。
参考書 J.J. サクライ (著), J. ナポリターノ (著), J.J. Sakurai (原著), Jim Napolitano (原著), 桜井 明夫 (翻訳) 『現代の量子力学(上) （物理学叢書）』 吉岡書店 2014年 第2版
さらに学習したい人向けの参考書です
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(80%)、授業参画度:課題への解答状況による評価(20%)
原則的に量子力学１と両方履修している学生は中間、期末試験をそれぞれそちらと合同として扱い、成績を評価する。
再履修者などで片方だけの履修の学生は、履修している方の時限に試験を受ける。
オフィスアワー 火曜日 14:30〜18:00　物理学科事務室受付もしくはメール

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