2023年度/2B20320001 (府大)

【月1】量子力学演習 <後期>

量子力学は、電磁気学や統計物理学などとならんで電子物理工学の基礎を構成する学問体系のひとつである。電子デバイスをはじめ、我々の日常を取りまく物質は、原子、電子によって構成されており、電子物理工学を学び活用するには、そのような粒子が従う量子力学を理解する必要がある。この授業では量子力学IA, IIAで学んだ事項に関する演習から取り組み、電子物理工学を学び活用するための確固たる下地を作る。

担当教員氏名

播木 敦

科目ナンバリング

BEPHY2529-J2 (府大)

授業管轄部署

工学部

授業形態

演習

開講キャンパス

中百舌鳥

開講区分

週間授業

配当年次

3年 (府大)

注意: 配当年次は学部・学科によって異なる場合があるので、UNIPAで確認してください。

単位数

2単位 (府大)

注意: 実際の単位数は学部・学科によって異なる場合があるので、必ずUNIPAで確認してください。

到達目標

量子力学に関する演習問題に取り組み、量子力学の概念と数学的処方、井戸型ポテンシャルを含む１次元ポテンシャル中での運動などに対する理解を確認・定着させるとともに、調和振動子や角運動量、水素原子、摂動論などの演習を通じて、電子物理工学へ量子力学を応用するための確固たる下地を作る。 この授業では以下の能力を身につけることを達成目標とする。 1. 量子状態、物理量、測定、不確定性関係などの量子力学の概念を理解し、説明することができる。 2. ブラケット記号を用いた基本的な計算ができる。 3. １次元井戸型ポテンシャルをはじめとする階段型ポテンシャル中の運動、調和振動子について、シュレディンガー方程式を解くことができる。 4. 水素原子のエネルギー準位構造と電子の軌道の成り立ちを説明できる。 5. 角運動量とその合成方法を理解し、具体的問題に活用できる。 6. 摂動論を用いて近似計算を行うことができる。

各授業回の説明

授業	授業内容	事前・事後の学習内容
第1回	授業ガイダンスと量子力学の基礎の復習	必要ありません。
第2回	一次元ポテンシャル中の運動（１）：自由粒子と波束の運動	第１回の復習
第3回	一次元ポテンシャル中の運動（２）：井戸型ポテンシャル中と離散エネルギー準位構造	第２回の演習課題を支援システムから提出
第4回	一次元ポテンシャル中の運動（３）：階段型ポテンシャルによる散乱およびトンネル効果	第３回の演習課題を支援システムから提出
第5回	一次元ポテンシャル中の運動（４）：一次元調和振動子の運動	第４回の演習課題を支援システムから提出
第6回	量子力学の形式論（１）：シュレディンガー表示とハイゼンベルグ表示	第５回の演習課題を支援システムから提出
第7回	量子力学の形式論（２）：量子力学的演算子の性質	第６回の演習課題を支援システムから提出
第8回	水素原子中の電子の軌道とエネルギー準位	第７回の演習課題を支援システムから提出
第9回	角運動量代数（１）：角運動量演算子と交換関係	第８回の演習課題を支援システムから提出
第10回	角運動量代数（２）：スピン角運動量の性質、パウリ行列	第９回の演習課題を支援システムから提出
第11回	角運動量代数（３）：角運動量の合成	第１０回の演習課題を支援システムから提出
第12回	摂動論を用いた近似解法（１）：時間を含まない摂動論	第１１回の演習課題を支援システムから提出
第13回	摂動論を用いた近似解法（２）：時間を含む摂動論	第１２回の演習課題を支援システムから提出
第14回	同一種類の粒子の問題：フェルミ粒子とボーズ粒子	第１３回の演習課題を支援システムから提出
第15回	摂動論を用いた近似解法（３）：ヘリウム原子のエネルギー準位	第１４回の演習課題を支援システムから提出
第16回	期末テスト	第１５回の演習課題を支援システムから提出

事前・事後学習の内容

毎回演習問題を提示するので、自分で解いて、次の講義までに指定する方法で提出すること。演習問題の理解度を問うオリジナルな問題をテストでは出題するので、答えを覚えるのではなく、量子力学の基本法則を理解し、問題に適用する方法を身につけること。

成績評価方法

各回に出題する演習問題の点数（40点）と期末テストの点数（60点）により、授業目標（達成目標）1~6の達成度を総合的に判断し成績評価する。授業中に出題する問題の解答を発表した学生は加点する場合がある。

履修上の注意

特になし

教科書

量子力学演習（小出昭一郎、水野幸夫 著、裳華房）

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参考文献

現代の量子力学 上・下 （J.  J.  サクライ 著、吉岡書店） 量子力学 I・II（猪木慶治、川合光 著、講談社） Introduction to Quantum Mechanics(D. J. Griffiths, D. F. Shoroeter著)

オフィスアワー

- 外部公開シラバスのためデータがありません / Please use UNIPA syllabus -

教員への連絡方法（メールアドレス等）

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その他

(関連科目)量子力学 IA、 量子力学 IIA