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物理化学１ （量子論入門）

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令和２年度以降入学者 物理化学１ （量子論入門）
令和元年度以前入学者 物理化学１
教員名 野口真理子
単位数    2 学年    1 開講区分 文理学部
科目群 化学科
学期 後期 履修区分 必修
授業の形態 対⾯授業（⼀部 Zoom によるライブ中継あり）
原則対面で実施するが，新型コロナウイルス感染拡大により対面授業が困難な場合にはzoomにおいて同時双方向型授業を行う場合がある。
また資料の共有のために，Blackboardを活用する。
Blackboard ID:20224525

初回講義開始までにBlackBoardのコース登録をすること。
授業概要 物質を構成する最小単位である原子および分子の構造や性質を理解することは化学において重要である。そのためには電子や原子，分子の運動を適切に記述する必要があり，ニュートンが導入した古典力学ではなく，量子力学という新しい力学が必要となる。
本講義では，量子論が必要とされるようになった歴史的実験事実を概観したのちに，量子論の基礎を学ぶ。あわせて，量子力学を学ぶ上で必要となる数学の知識を整理する。
教科書では「1章　量子論の基礎」「2章　量子モデル」の内容に該当する。数式の変形も含めながら講義を行う。
授業のねらい・到達目標 ＜授業のねらい＞

・電子や原子，分子などミクロな系の力学を理解するために必要な，量子論の基礎を身に着ける。

＜到達目標＞

・電子や原子，分子などミクロな系の運動の理解には，古典力学ではなく量子力学が必要であることが説明できる。
・量子力学の議論の中で，必要に応じて適切な数学の知識を使うことができる。
・簡単な系（粒子の並進，振動，回転運動）のシュレディンガー方程式を解くことができる。

＜日本大学教育憲章との関係＞

A-3-1）自然科学，とりわけ化学に関する情報を理解し，論理的に説明することができる。
A-4-1）さまざまな事象に潜む化学的問題を発見することができる。
A-8-1）自分の学修経験の振り返りを継続的に行うことができる。

＜ディプロマポリシーとの関係＞

この科目は文理学部(学士(理学))のディプロマポリシーDP3.4,8及びCP3,4,8に対応しています。
なお，この科目は旧カリキュラムにおいて，この科目は文理学部(学士(理学))のディプロマポリシーDP6及びカリキュラムポリシーCP9に対応しています。
授業の方法 授業の形式：【講義・演習】
授業方法は教員による説明と，関連する問題の演習および解説を中心に行う。
教員による説明はパワーポイントで作成したスライドと教科書を用いて行う。問題演習は授業時間内で行い，その日に解説を行う。

対⾯授業に参加できない場合，以下の要件を満たす学⽣は 事前に教員の許可を得てからZoom でのオンライン参加を認める。教員の許可なしにzoom参加した場合には遅刻扱いとするため注意する。上記に関する相談はBlackboardを介してメールで問い合わせを行うこと。
（１）Zoom での参加を認める要件︓⽇本に⼊国できない留学⽣
（２）対⾯授業に参加できない場合︓Zoom で参加し，Blackboard に掲載する課題を提出する。
授業計画
1 ガイダンス，化学における量子力学の位置づけ，水素原子スペクトル（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】シラバスをよく読み，授業全体の流れを理解しておく。 （2時間）
【事後学習】化学における種々の分野の位置づけについて復習し，まとめておく。 （2時間）
2 序論：古典論の破綻と量子論の夜明け（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】水素原子スペクトルについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】教科書 pp.8-15 をよく読み，講義内容を復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
3 量子論の準備：複素数と古典的波動方程式（一次元）（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】複素数と微分について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】授業内で扱った数式について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
4 量子論の準備：古典的波動方程式（二次元），確率と統計（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】確率の考え方について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】授業内で扱った数式について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
5 量子論の基礎：ミクロな系の力学，シュレディンガー方程式と波動関数（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】教科書 pp.16-23 をよく読み，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】シュレディンガー方程式と波動関数について授業内容を復習し，まとめておく。 （2時間）
6 並進運動：一次元の箱の中の粒子（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】教科書 pp.26-30をよく読み，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】一次元の箱の中の粒子のシュレディンガー方程式について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
7 並進運動：二次元および多次元の箱の中の粒子（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】一次元の箱の中の粒子のシュレディンガー方程式の式変形をノートに書いておく。 （2時間）
【事後学習】二次元および多次元の箱の中の粒子のシュレディンガー方程式について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
8 並進運動：トンネル現象と並進運動のまとめ（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】箱の中の粒子のシュレディンガー方程式の式変形をノートに書いておく。 （2時間）
【事後学習】第5~8回の内容 を復習し，関連する内容をノートにまとめておく。 （2時間）
9 量子論の準備：ベクトル
量子論の基礎：量子力学の仮説と一般原理（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】ベクトルについて復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】量子力学の仮説と一般原理について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
10 量子論の準備：極座標
振動運動：調和振動子のエネルギー準位と波動関数（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】教科書pp.30-32をよく読み，ノートにまとめておく。 （2時間）
【事後学習】調和振動子のエネルギー準位と波動関数について復習し，ノートにまとめておく。 （2時間）
11 振動運動：調和振動子の性質（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】教科書pp.30-32をよく読み直し，第10回の内容を復習しておく。 （2時間）
【事後学習】第10~11回の内容 を復習し，関連する内容をノートにまとめておく。 （2時間）
12 回転運動：二次元の剛体回転子（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】ベクトルや等速円運動について復習し，まとめておく。 （2時間）
【事後学習】教科書pp.33-42をよく読み，第12回の内容 を復習しノートにまとめておく。 （2時間）
13 回転運動：三次元の剛体回転子（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】極座標について復習し，式変形をまとめておく。 （2時間）
【事後学習】第13回の内容 を復習しノートにまとめておく。 （2時間）
14 振動・回転運動：分子の振動および回転運動の分光スペクトル（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】二酸化炭素の赤外スペクトルについて調べて，まとめておく。 （2時間）
【事後学習】量子力学の理論的な結果と実際のスペクトルとの関係について復習しておく。 （2時間）
15 試験と解説（A-3, A-4, A-8）【対面授業】
【事前学習】これまでの講義内容を復習しておく。 （2時間）
【事後学習】解けなかった問題を再度解いておく。 （2時間）
その他
教科書 寺嶋正秀　馬場正昭　松本吉泰　著 『現代物理化学』 化学同人 2015年 第1版
参考書 Peter Atkins・Julio de Paula著，中野元裕・上田貴洋・奥村光隆・北河康隆 訳  『アトキンス物理化学（上）第10版』 東京化学同人
D. A.McQuarrie・J. D. Simon著、千原秀昭・江口太郎・齋藤一弥 訳 『マッカーリ・サイモン物理化学　上　分子論的アプローチ』 東京化学同人
成績評価の方法及び基準 試験(60%)、授業参画度:講義内で行う演習問題への取り組みとその正答率(40%)
対面授業で参加できない要件を満たし，Zoomで参加した場合には，授業参画度は毎回の課題提出で評価します。
また試験の代わりとして，同等の難易度のレポートを課し，それについて評価を行います。
オフィスアワー 授業後またはBlackboardを介して質問を受け付ける。

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