2023年 理工学部 シラバス - 物理学科
設置情報
| 科目名 | 統計物理学演習 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 物理学科 | 学年 | 3年 |
| 担当者 | 三輪・鈴木（正） | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 金曜3･4 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M53V |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
| その他 | 実務経験のある教員による授業科目 | ||
概要
| 学修到達目標 | 統計物理学の基礎的事項を理解することを目的とする。問題設定や、式の計算、結果の解釈等を自力で行うことができるようにする。統計物理学の理解に必要な基本的な数式・公式等を実際に計算を自分で行うことで理解を深める。 本授業科目はDP3・4・5・6及びCP3・4・5・6に該当しています。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
「対面授業」 対面による中間試験、対面による期末試験等についてはガイダンス時に配布する資料を参照すること。演習問題はその都度配布する。演習の内容やレポート提出等については担当者の指示に従うこと。 また，国の研究機関および海外の研究機関における研究者としての経験をもとに，統計物理学の基本的な考え方，基礎知識を習得する。 |
| 履修条件 | 統計物理学I、量子力学I、量子力学演習を取得していることが望ましい。 |
授業計画
| 第1回 | 熱力学Ⅰ：熱力学第一法則とそれに関連する内容について学ぶ。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
|---|---|
| 第2回 | 熱力学Ⅱ：熱力学第二法則とエントロピーについて学ぶ 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第3回 | 確率統計の基礎I：順列、組み合わせ、確率、統計の基礎について学ぶ。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第4回 | 確率統計の基礎II：確率、確率密度、期待値を離散的確率変数、連続的確率変数について計算する。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第5回 | 気体の分子運動論：マクスウェル分布を用いて実際に分布関数から期待値を計算し、統計平均の意味を学ぶ。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第6回 | 正準分布Ⅰ：分配関数、期待値の計算を通しての正準分布と熱力学との対応を理解する。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第7回 | 正準分布Ⅱ：二準位系の観測量を期待値として計算する。また正準分布を用いて得られた結果と比較検討する。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第8回 | 中間試験：対面試験として実施する。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第9回 | 自由粒子の量子力学：理想気体の統計物理学を学ぶうえでの予備知識として量子力学の復習を行う。特に固定端境界と周期的境界条件の場合に方程式を解き理想気体の熱力学を導く。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第10回 | 正準分布Ⅲ：理想気体の観測量を期待値として計算する。また小正準分布を用いて得られた結果と比較検討する。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第11回 | 正準分布Ⅳ：１次元調和振動子の量子力学を復習する。特に、離散的となるエネルギー固有値の導出を行う。１次元調和振動子の正準分布について学ぶ。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第12回 | 小正準分布Ⅰ：二準位系のエントロピーを計算し熱力学的性質を導く。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第13回 | 小正準分布Ⅱ：調和振動子系のエントロピーを計算し熱力学的性質を導く。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第14回 | 小正準分布III：自由粒子を古典力学と等確率の原理で扱い理想気体のエントロピーを導出する 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
| 第15回 | 正準分布と小正準分布の共通点や相違点などをまとめ、統計力学の扱いを復習する。 事前学習：演習書の該当部分を予習する（2時間） 事後学習：演習書の該当部分を復習する（2時間） |
その他
| 教科書 |
演習問題はその都度配布する
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| 参考書 |
久保亮五 他 『大学演習 熱学・統計力学 ISBN-13 : 978-4785380328』 裳華房
広池和夫，田中実 『演習熱力学・統計力学 ISBN: 9784781904450』 サイエンス社
参考書１つ目のものは優れた書籍であるが、本演習と比較してかなり情報量が豊富である。内容を検討して購入して欲しい。また講義、統計物理学Iと同じ参考書を参考にしてください。
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| 成績評価の方法 及び基準 |
毎回の出席、毎回演習に提出するレポートと小テスト、中間試験、期末試験が成績として考慮される。 |
| 質問への対応 | 授業中に質問を受け付ける。その場で疑問点を解消すること。 |
| 研究室又は 連絡先 |
授業時に指示する。 |
| オフィスアワー |
水曜 駿河台 12:10 ～ 13:20
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| 学生への メッセージ |
演習時間は積極的に質問すること。また、教員・友人との議論を推奨する。予習した時の疑問点、演習中の疑問点などは演習時間内に解決し、後回しにしないこと。復習レポートを作成するとき、授業での解説を丸写しせず、かならず計算をしなおし自分の頭で理解してから作成すること。出席管理システムで出席を必ず取ること、午後の授業であるので遅刻は認めない。 |