| 授業科目 材料物性学 |
担当教員 當代光陽 |
開講期 通年
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| 科目番号 151502 |
対象学年・学科・コース 5年 環境材料工学科 (環境材料工学) |
単位区分 |
単位数 2単位 |
| 授業概要・授業方針
物性工学の観点から、主に物質・材料中の電子の振る舞いについて、そして、これらの物質・材料の示す性質との関係について学ぶ。種々の機能性材料における機能の発現に関する基礎的な知識を身につける。
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到達目標
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| 授業要目 | 到達目標 との対応 |
自己点検 |
| 前期 |
| 1 | 古典物理学から前期量子力学 I -身の回りの材料物性学と前期量子力学の概論- | 1, 2 | |
| 2 | 古典物理学から前期量子力学 II -黒体放射、光電効果、コンプトン効果- | 1, 2 | |
| 3 | 古典物理学から前期量子力学 III -ラウエとブラッグのX線回折- | 1, 2 | |
| 4 | 古典物理学から前期量子力学 IV -ドブロイ波と電子線回折- | 1, 2 | |
| 5 | 古典物理学から前期量子力学 V -原子の構造、ボーアの原子模型- | 1, 2, 3 | |
| 6 | シュレディンガー波動方程式 I -波動の基本、物質波の波動方程式- | 3, 4 | |
| 7 | シュレディンガー波動方程式 II -不確定性原理- | 3, 4 | |
| 8 | 中間試験 | ||
| 9 | シュレディンガー波動方程式 III -不確定性原理、交換条件、交換子- | 4 | |
| 10 | シュレディンガー波動方程式 IV -存在確率、規格化- | 4 | |
| 11 | シュレディンガー波動方程式 V -期待値、行列、ディラック表記- | 4 | |
| 12 | シュレディンガー波動方程式 VI -井戸型ポテンシャルと波動方程式- | 4 | |
| 13 | シュレディンガー波動方程式 VII -階段型ポテンシャルとトンネル効果の原理- | 4 | |
| 14 | シュレディンガー波動方程式 VIII -水素原子１- | 4 | |
| 15 | シュレディンガー波動方程式 IV -水素原子２- | 4 | |
| 16 | 中間試験 |
| 後期 | 自己点検 |
| 1 | シュレディンガー波動方程式 V -水素原子３- | 4 | |
| 2 | シュレディンガー波動方程式 VI -水素原子４- | 4 | |
| 3 | パウリの排他率と周期律表 | 4 | |
| 4 | 原子・分子・固体 | 4, 5 | |
| 5 | 固体物性論 I -化学結合- | 5 | |
| 6 | 固体物性論 II -自由電子モデル- | 5 | |
| 7 | 固体物性論 III -ブリルアンゾーン、 周期的ポテンシャル、固体中のバンド構造- | 5 | |
| 8 | 中間試験 | ||
| 9 | 固体物性論 IV -固体中の電子、金属と半導体- | 5 | |
| 10 | 統計熱力学の基礎 I -マクスウェル・ボルツマン分布- | 6 | |
| 11 | 統計熱力学の基礎 II -熱統計熱力学のエントロピー、力学と測定可能な物理量- | 6 | |
| 12 | 統計熱力学の基礎 III -フェルミ・ディラック分布、熱力学の化学ポテンシャル- | 6 | |
| 13 | 統計熱力学の基礎 IV -フェルミエネルギー、電子の状態密度、有効質量- | 6 | |
| 14 | 統計熱力学の基礎 V -ボーズ・アインシュタイン分布- | 6 | |
| 15 | 期末試験 |
| 到達達成度の指標（ルーブリック） |
| 到達 目標 |
理想的なレベル（Ａ）の目安 | 標準的なレベル（Ｂ）の目安 | 未到達なレベル（Ｃ）の目安 | 自己評価 |
| 1 | 光の二重性について原理を理解し、説明できる。 | 光の二重性について説明できる。 | 光の二重性について説明できない。 | Ａ・Ｂ・Ｃ |
| 2 | 電子、物質波について理論的に説明できる。 | 電子、物質波について説明できる。 | 電子、物質波について説明できない。 | Ａ・Ｂ・Ｃ |
| 3 | 原子模型について理論的に説明できる。 | 原子模型について説明できる。 | 原子模型について説明できない。 | Ａ・Ｂ・Ｃ |
| 4 | 波の方程式について理論的に説明できる。 | 波の方程式について説明できる。 | 波の方程式について説明できない。 | Ａ・Ｂ・Ｃ |
| 5 | 固体物性について基礎となる方程式を交えて理論的に説明できる。 | 固体物性について具体例をあげて説明できる。 | 固体物性について説明できない。 | Ａ・Ｂ・Ｃ |
| 到達度評価
この科目は学修単位科目であるので、（９０時間−講義時間）以上の自学自習を必要 とする。したがって、科目担当教員が課した課題の内、{（９０時間−講義時間）×3 /4}時間以上に相当する課題提出がないと単位を認めない。（各課題ごとの時間は 担当教員が設定する。）定期試験（70%）、課題（30%）により評価する。
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| 履修上の注意
機能材料における機能の発現は固体中の電子の振る舞いに基づくものがほとんどであり、物理や化学で学んだ知識と結びつけて理解を深めて欲しい。
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| 事前学習・自己学習・関連科目
数学、あるいは応用数学の素養を必要とし、物理や化学で学んだ知識と結びつけて理解を深めて欲しい。後期の電子材料学における基礎となる。
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学習・教育目標
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