山口大学教務システム - 1062720100-応用物理学II

開講年度	開講学部等
2025	工学部
開講学期	曜日時限	授業形態	AL（アクティブ・ラーニング）ポイント
後期	火3～4	講義	1.5
時間割番号	科目名[英文名]			使用言語	単位数
1062720100	応用物理学II[Applied Physics II]			日本語	2
担当教員（責任）[ローマ字表記]					メディア授業
荻原千聡[OGIHARA Chisato]					○
担当教員[ローマ字表記]
荻原千聡　[OGIHARA Chisato]
特定科目区分		対象学生	循環	対象年次	2～
ディプロマ・ポリシーに関わる項目			カリキュラムマップ(授業科目とDPとの対応関係はこちらから閲覧できます)

授業の目的と概要

現代物理学の中心である量子力学と統計力学の基礎について解説する．原子の大きさで生じる現象を量子力学で解説し、多数の原子からなる物質のマクロスケールな振る舞いを統計力学を用いて説明する。

授業の到達目標


量子力学、統計力学の数学的記述の基礎と概念を説明できる。ミクローマクロの関連を理解できる。量子力学、統計力学によって物質の性質を理解するための基本的な考え方を説明できる。与えられた問題について適切に判断し正しい物理式を使うことが出来る

授業計画

【全体】

前半は量子力学の基礎事項、後半では統計力学の基礎事項を解説する。
また、これらにおいて、原子、分子、固体の性質を理解するために必要な考え方を解説する。
※ 授業の実施方法について
この授業はメディア授業に指定されています。
講義はMoodleを用いたオンデマンド授業により行います。システム障害などがない限り対面授業は予定していません。

	項目	内容	授業時間外学習	備考

第1回	ガイダンス古典物理学の限界	熱放射ボーアの量子条件光の粒子性と波動性 (Moodleコース「第1回授業」)	Moodleコースの説明事項をよく確認し「受講要領の確認」を初回授業前に完了すること準備学習2時間、復習2時間

第2回

量子力学の考え方 - 1

古典力学との違い
粒子の状態と波動関数
不確定性原理
(Moodleコース「第2回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第3回

量子力学の考え方 - 2

シュレーディンガー方程式
定常状態
(Moodleコース「第3回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第4回

量子力学の考え方 - 3
小テスト

観測できる物理量と演算子
物理量の期待値
(Moodleコース「第4回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第5回

一次元井戸型ポテンシャル

井戸型ポテンシャル
波動関数とエネルギーの計算
(Moodleコース「第5回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第6回

水素原子

3次元極座標
シュレーディンガー方程式の解
(Moodleコース「第6回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第7回

スピンとパウリの排他原理
分子、固体

パウリの排他原理
フェルミ粒子とボーズ粒子
分子軌道
固体のエネルギーバンド
(Moodleコース「第7回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第8回

総括と課題提出
小テスト

量子力学の復習
課題提出

第1-7回の授業内容を復習して
課題の設問に解答すること(復習4時間)

第9回

統計力学の考え方

アンサンブル(統計集団)
統計力学の基本仮定
(Moodleコース「第9回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第10回

エントロピーとは何か

ボルツマンの関係式
エントロピーの性質
温度とエントロピー
(Moodleコース「第10回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第11回

分配関数と自由エネルギー -1

分配関数
ボルツマン因子
(Moodleコース「第11回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第12回

分配関数と自由エネルギー - 2
小テスト

自由エネルギー
ヘルムホルツの自由エネルギーの性質
(Moodleコース「第12回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第13回

金属の弾性とゴムの弾性
2準位系の統計力学

金属の弾性とゴムの弾性
2準位系のエネルギーの熱平均
2準位系の定積熱容量
(Moodleコース「第13回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第14回

フェルミ統計と半導体- 1

大分配関数とギブス因子
フェルミ分布とボーズ分布
(Moodleコース「第14回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第15回

フェルミ統計と半導体- 2
補足: 光子とプランク分布

分布関数と状態密度
金属と絶縁体、半導体
プランク分布と輻射公式
(Moodleコース「第15回授業」)

準備学習2時間、復習2時間

第16回

総括と課題提出

統計力学の復習
課題提出

第9-15回の授業内容を復習して
課題の設問に解答すること(復習4時間)

※AL（アクティブ・ラーニング）欄に関する注
・授業全体で、AL（アクティブ・ラーニング）が占める時間の割合を、それぞれの項目ごとに示しています。
・A〜Dのアルファベットは、以下の学修形態を指しています。
【A：グループワーク】、【B：ディスカッション・ディベート】、【C：フィールドワーク（実験・実習、演習を含む）】、【D：プレゼンテーション】

A: --%　B: --%　C: 15%　D: --%

成績評価法

小テスト 30%
課題 50%
授業への参加度 20%
学習の大幅な遅れがあれば欠格とする

教科書にかかわる情報

備考

従来使用していた教科書の入手が困難になったため、今年度は教科書は使用せず、代わりにMoodleに講義全体の内容を掲載する予定である。

参考書にかかわる情報

備考

メッセージ

必ず初回授業日までには履修登録をして、重要な連絡をeYUSDL(講義連絡)およびMoodleで確認したうえで、学習活動を開始しなければなりません(重要)。授業開始から相当日数を経ての履修登録では、たとえ登録ができる期間内であっても、学習活動開始時期に間に合わず履修はできなくなることがあります。
オンデマンドとはいえ受講の大幅な遅れは認められません。また、日時を指定した小テストを実施することもあります。授業期間中は最低でも週1回の授業日に合わせて内容を確認してください。

キーワード

量子力学、波動関数、シュレーディンガー方程式、水素原子、統計力学、分配関数、自由エネルギー、量子統計、金属、半導体

持続可能な開発目標（SDGs）

(エネルギー)すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する。

(インフラ、産業化、イノベーション)強靱（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの推進を図る。