2025年度/1AHB030100 (公大) / (市大)

【木3】計算物理 <後期>

プログラミングによる物理問題の数値解法を学ぶ。前半は比較的易しい数学、古典力学の問題と量子力学の問題を数値的に解くことを通じて、 プログラミングの基礎知識(do文、配列、if文等)を習得する。後半は量子力学の発展的な問題を解きつつ、物理学の様々な 問題を数値的に解く実践的な手法を学ぶ。

担当教員氏名

サバンナ ガーモン

科目ナンバリング

AHBPHY32011-J1 (公大) / SBPM06301 (市大)

授業管轄部署

理学部

授業形態

実習

開講キャンパス

杉本

開講区分

週間授業

配当年次

3年 (公大) / カリキュラムにより異なります。 (市大)

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。学年指定なしの表記は、要覧等を確認してください。

単位数

2単位 (公大) / 2単位 (市大)

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

物理科学の分野で必要となる計算機を用いた数値的な手法を学び、活用するための考え方を身につける。方程式の根の求解、行列計算、数値積分、および差分演算子など、計算物理学の基本的な技術を理解することができる。  これらの方法を用いて、古典物理学の Newton方程式や量子物理学の Schrödinger方程式についての例題を解くことができる。  解析的な解がある場合について計算方法の有効性を確かめる。

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	Introduction to basic programming concepts.	Follow the class contents carefully and write a simple program
第2回	Basic data input and output, array variables, do loop	Follow the class contents carefully and do the practice problems.
第3回	Basic mathematical statements and data input, IF statement, logical flow (e.g. avoid division by zero)	Follow the class contents carefully and do the practice problems.  Complete homework assignment.
第4回	File input and output	Follow the class contents carefully and do the practice problems.  Complete homework assignment.
第5回	Numerical differentiation	Follow the class contents carefully and do the practice problems.
第6回	Numerical integration	Follow the class contents carefully and do the practice problems.  Complete homework assignment.
第7回	Numerical solution to differential equations: Euler and Runge-Kutte methods	Follow the class contents carefully and do any practice problems.
第8回	Numerical solution to classical simple harmonic oscillator [SHO] (1)	Write a program to solve the SHO problem and begin writing the report.
第9回	Numerical solution to classical simple harmonic oscillator [SHO] (2)	Write a program to solve the SHO problem and finish writing the report.
第10回	Kepler problem (2D classical mechanics) (1)	Write a program to solve the Kepler problem and begin writing the report.
第11回	Kepler problem (2D classical mechanics) (2)	Write a program to solve the Kepler problem and finish writing the report.
第12回	Schrodinger equation in quantum mechanics (1)	Follow the class contents carefully and do the practice problems.
第13回	Schrodinger equation in quantum mechanics (2)	Follow the class contents carefully and do the practice problems.  Complete homework assignment.
第14回	Chaos problem (1)	Write a program to solve the Chaos problem and begin writing the report.
第15回	Chaos problem (2)	Write a program to solve the chaos problem and finish writing the report.

授業内容

授業内容には、古典力学のニュートンの運動方程式や量子力学のシュレディンガー方程式などの微分方程式における差分演算子とその使用方法が含まれます。また、方程式の解を数値的に求める方法、行列計算、数値積分も学びます。カオス的運動、モンテカルロ法、タイトバインディングモデルなどに関する数値計算を行うことができる。

事前・事後学習の内容

学生はプログラミング手法を復習しておく必要があります。古典力学と量子力学の復習も役立ちます。また、Mathematicaプログラムの知識も役立つ場合があります。授業後、学生は他の物理学の科目や研究で数値解析手法を適用する準備ができているはずです。

成績評価方法

Mid-term report [SHO] and final report (70%) and homework (30%).  レポートでは序論に目的と数値的手法の説明を記述し、作成したプログラムとその説明、および、計算結果のグラフを付けること。 Minimum for a passing grade on the report includes an original program written by the student which is used to create the required graphs and other numerical output, as well as a thorough written explanation of the relevant physical concepts.

履修上の注意

Primary classroom language is English. 他の学生のレポートやプログラムをそのままコピーすることは不正行為とみなし、直ちに不合格とする。 この授業はクラウド教室Aを使用するため、事前準備Webページ https://www.omu.ac.jp/cii/ecs/eclair/class/index.html を確認し、初回授業 までに必ず準備を行うこと。

教科書

There is no assigned textbook but the instructor may provide a handout for certain topics.

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参考文献

Fortran、プログラミングに関する入門書。何でもよいが、一冊あると良い。

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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