シラバス情報
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教員名 ： 本田 徹
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開講年度
2025年度
開講学期
後期
科目名
量子物理学
授業種別
講義
科目名（英語）
Quantum Physics
授業情報(授業コード・クラス・授業形態)
A1800066 量子物理学 [S4][対面]
担当教員
本田 徹
単位数
2.0単位
曜日時限
木曜2限
キャンパス
八王子
教室
1W-111講義室
学位授与の方針
1 基礎知識の修得 10 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％ 3 汎用的問題解決力の修得 10 ％ 4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％ 具体的な到達目標
前期量子論の展開について説明し、シュレディンガー方程式、波動関数の考え方について学習します。定常状態におけるシュレディンガー方程式について井戸型ポテンシャル中の粒子の場合を中心に学習し、量子力学特有の考え方と原理、基本法則を理解します。
受講にあたっての前提条件
微分方程式、物理学１、及び２の理解を前提に講義を行います。しっかり復習しておいてください。
授業の方法とねらい
前期量⼦論の展開について説明し、シュレディンガー⽅程式、波動関数の考え⽅について学習します。定常状態におけるシュレディンガー⽅程式について井⼾型ポテンシャル中の粒⼦の場合を中⼼ に学習し、量⼦⼒学特有の考え⽅と原理、基本法則を理解します。
AL・ICT活用
e-ラーニング等ICTを活用した自主学習支援
第1回
授業形態
対面
事前学習
物理学で学習した運動方程式、エネルギー保存則、波動をつかいます。復習してくださいね。
微分・積分及び確率・統計が出てきます。事前に復習すること。 1.5時間
授業内容
量⼦物理学ガイダンス・エネルギー保存則の復習
量子物理学の学び方について説明します。また、「力学」からエネルギー保存則を復習します。 事後学習・事前学習
波動を扱ってゆきます。波の一般式について復習してください。
1.5時間
第2回
授業形態
対面
授業内容
前期量⼦論
19世紀から「量子論」はスタートします。前期量子論から粒子としての物理量(エネルギー、運動量)と波動としての物理量(角振動数、波数)との結びつきを学習します。 事後学習・事前学習
三角関数、複素数の復習をしておいてください。
1.5時間
第3回
授業形態
対面
授業内容
粒⼦と波:エネルギー保存則と波動⽅程式
量子物理学を学ぶ上で必要な数学について復習すると同時に物理概念との対応について学習します。特に三角関数と複素数(複素関数)を用いた物理量の表現方法を学習し、波動方程式を理解します。 事後学習・事前学習
波動の進行波、後退波など復習してください。波動を複素表記してゆきます。
1.5時間
第4回
授業形態
対面
授業内容
シュレディンガー⽅程式
エネルギー保存則を利用して波動方程式からシュレディンガー方程式を導出します。また、複素平面の取り扱いについて「加法定理」を題材に学習します。 事後学習・事前学習
複素関数としての波動関数を扱うので、複素共役や「ノルム」について復習してください。また、確率密度の概念を復習してください。
1.5時間
第5回
授業形態
対面
授業内容
波動関数・確率波の解釈
波動関数のノルムが粒子の存在確率密度を示すことを学習します。複素関数のノルムの考え方と同時に確率密度を理解します。そのそも観測量とは何なのか。計測の誤差と真値、再確値との対応を考えます。物理学で学習した「力学」から見るとちょっと異質に感じられ、理解に苦しむことが多いようなので、しっかり学習しましょう。 事後学習・事前学習
そのそも観測量とは何なのか。計測の誤差と真値、再確値との対応を考えます。物理学で学習した「力学」から見るとちょっと異質に感じられ、理解に苦しむことが多いようなので、しっかり復習しましょう。続きをやります。
2時間
第6回
授業形態
対面
授業内容
量⼦⼒学の基本原理
前回に引き続き、観測量と期待値について学習します。また、３次元のシュレディンガー方程式と１次元のシュレディンガー方程式の関係も少し考えます。 事後学習・事前学習
期待値、積分を中心にここまでの内容を復習しておいてください。
2時間
第7回
授業形態
対面
授業内容
エーレンフェストの定理
古典論として学習したニュートン力学とシュレディンガー方程式から出てくる量子物理学の対応について学習します。実は、ニュートン力学は量子物理学にある意味、内包されているのです。 事後学習・事前学習
エーレンフェストの定理をしっかり復習してください。また、次回、２次方程式の解の判別式を使用します。懐かしいでしょうが、復習してくだい。
2時間
第8回
授業形態
対面
授業内容
ハイゼンベルグの不確定性原理(前半)
不確定性原理の概略を説明する。また、その導出に必要な、数学的準備を学習する。 事後学習・事前学習
説明した数学的な操作について復習してください。
2時間
第9回
授業形態
対面
授業内容
ハイゼンベルグの不確定原理(後半)
エルミート演算子について設営します。また、前回の続き、不確定原理の導出を学習します。 事後学習・事前学習
期末テストに向けて演習問題を授業で提示されていると思います。しっかり考えてください。
今週は、定常状態のシュレディンガー方程式の使い方について学習する予定です。 2時間
第10回
授業形態
対面
授業内容
無限障壁量子井戸
粒子の束縛状態を示す代表例として、無限障壁量子井戸を考え、その波動関数、離散的固有エネルギーについて学習します。 事後学習・事前学習
次回は、期末テストに向けた「プレ期末テスト演習」を行います。ここまでの内容の確認をしっかりしてください。
2時間
第11回
授業形態
対面
授業内容
プレ期末テスト演習
ここまでの内容を記述式のテスト形式演習で確認します。 事後学習・事前学習
演習問題を解き直し、学習の確認をしてください。
2時間
第12回
授業形態
対面
授業内容
プレ期末テスト演習解説
前回の演習の解説をします。期末テストに役立ててください。 事後学習・事前学習
シュレディンガー方程式を解く練習を続けてやります。もう一度復習を！
2時間
第13回
授業形態
対面
授業内容
散乱問題
式展開は控えめにします。トンネル効果に代表される物理現象を量子物理学の結果として学習します。 事後学習・事前学習
教科書には式展開が記載されているので、確認しながら「粒子の透過」を理解してみてください。
2時間
第14回
授業形態
対面
授業内容
期末テスト
事後学習・事前学習
授業の内容をノートを使って確認してください。
2時間
第15回
授業形態
遠隔（オンデマンド）
授業内容
授業の振り返り
事後学習
ノートを中心に学習内容を振り返ってください。
2時間
成績評価の方法
定期試験を実施する
各回に⾏う演習(50%)と期末テスト(50%)により評価する。 受講生へのフィードバック方法
KU-LMS上にて行います。
教科書
『基礎電⼦物性⼯学 ̶量⼦⼒学の基本と応⽤-』電⼦情報通信学会編 阿部正紀 著、コロナ社.
参考書
「量⼦⼒学⼊門 (物理テキストシリーズ 6) 」阿部龍蔵(岩波書店)
オフィスアワー
水曜日15時30分から16時30分まで、八王子5号館806号室。
e-mail: ct11761@ns.kogakuin.ac.jpでアポイントを取ると確実です。 受講生へのメッセージ
受講生へのメッセージ
量子物理学は重要な基礎科目であり、今までの物理とちょっと考え方が違うところがあるので予習・復習を確実に実行してください。その週の内容はその週のうちに理解することを心がけてください。数学、物理の過去の勉強がものをいいます。板書 (スライド)は詳しく書くので、ノートでしっかり復習をしてください。 実務家担当科目
実務家担当科目ではない
実務経験の内容
教職課程認定該当学科
応用物理学科
その他の資格・認定プログラムとの関連
関連する科目でない
教育課程コード
Ⅱ2a
教育課程コードの見方【例】 Ⅰ2a（Ⅰ…Ⅰ群、2…2年配当、a…必修） ※ a : 必修 b : 選択必修 c : 選択 ※複数コードが表示されている場合には入学年度・所属学科の学生便覧を参照のこと
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