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年度 2020年度 開講部局 理学部
講義コード HC061000 科目区分 専門教育科目
授業科目名 統計力学II
授業科目名
(フリガナ)
トウケイリキガク2
英文授業科目名 Statistical Mechanics II
担当教員名 嶋原 浩
担当教員名
(フリガナ)
シマハラ ヒロシ
開講キャンパス 東広島 開設期 3年次生   後期   セメスター(後期)
曜日・時限・講義室 (後) 水3-4:理E102
授業の方法 講義 授業の方法
【詳細情報】
講義中心,板書多用,自宅学習必須 
単位 2.0 週時間   使用言語 J : 日本語
学習の段階 4 : 上級レベル
学問分野(分野) 25 : 理工学
学問分野(分科) 06 : 物理学
対象学生 理学部物理科学科3年生
授業のキーワード 統計力学,量子統計,相転移,フェルミ粒子,ボース粒子,フェルミ統計,ボース統計,パウリの排他律,金属比熱,パウリ帯磁率,黒体輻射,ボース・アインシュタイン凝縮,超流動,平均場近似,分子場近似,自発磁化,自発的対称性の破れ 
教職専門科目   教科専門科目  
プログラムの中での
この授業科目の位置づけ
統計力学I・IIは,学部3年生までのカリキュラムの集大成ともいえる重要科目で,4年生の卒業研究や大学院での研究の基礎となる重要な内容を学習します.後期のIIでは,前期のIで学習した基本的な定式化の,より高度な応用として,同種粒子の量子統計力学や相転移について学習します. 
到達度評価
の評価項目
物理学プログラム
(知識・理解)
・物理数学,力学,電磁気学,熱力学,統計力学,量子力学の知識・理解 
授業の目標・概要等 量子統計の原理と,その応用を理解する.相転移の原理を理解する. 
授業計画 第1回 導入
 ・統計力学IIの講義の概要
 ・同種粒子性
第2回
 ・パウリ原理
 ・古典統計の成功と破綻
第3回
 ・占有粒子数表示
 ・量子理想気体の大分配関数
第4回
 ・ボース分布関数
 ・フェルミ分布関数
 ・フェルミ縮退
 ・フェルミ運動量とフェルミエネルギー
第5回
 ・分布関数の古典極限
 ・一粒子状態密度
第6回 フェルミ粒子系の物理1
 ・電子比熱

第7回 フェルミ粒子系の物理2
 ・キュリー帯磁率
 ・パウリ常磁性帯磁率
第8回 中間試験(予定)
第9回 ボース粒子系の物理1
 ・ボース凝縮(相転移,超流動)
第10回 ボース粒子系の物理2
 ・黒体輻射の問題(量子力学の夜明け)
 ・固体の比熱(プリント)
第11回 相転移に関する導入
 ・相転移とは何か
 ・秩序変数
 ・自発的対称性の破れ
第12回 相転移1
 ・イジング模型
 ・平均場近似
 ・自己無撞着方程式
第13回 相転移2
 ・平均場近似とゆらぎ
 ・自由エネルギーと確率
 ・相転移が起きる理由
第14回 相転移3
 ・臨界現象
 ・相転移の次数
 ・臨界現象と感受率
 ・臨界指数

第15回 相転移4
 ・ランダウの現象論
 ・自発的対称性の破れ

期末試験に加えて,中間試験も実施する予定.授業の進度や授業時間の余裕を考慮しつつ,適宜,小テストやレポートも実施する.


大筋は上記の計画に沿うが,受講生の理解度や周辺の授業の様子など,状況をみて適宜修正しつつ授業を行う.
 
教科書・参考書等  参考書は指定しませんが,各自,市販の統計力学の教科書を一冊は購入し,学習してください.演習書は,「大学演習 熱学・統計力学」(裳華房・久保亮五編)を推薦します. 
授業で使用する
メディア・機器等
板書を多用します.講義ノートは省略せずに,できるだけ100%を目指してしっかりととってください.また,機械的に写すのではなく,出来るだけ内容を理解しながら写すようにしてください.
 プリントを配布しますが,プリントは講義ノートの代わりではなく,あくまでも補助の教材であり,講義ノートをきちんととっていることを前提としています. 
予習・復習への
アドバイス
 授業は毎回,前回までのすべての授業内容を前提として行われるので,復習は必ず毎週,十分に行ってください.復習は,まず講義ノートの内容を十分に理解し,その上で,プリントもしくは各自購入した市販の教科書や演習書の関連する練習問題を解き,知識を定着させてください.1~2問程度の問題演習でも,何もしないよりははるかに効果的です.具体的な問題を解こうとすると,実はあまりよく理解していなかったことが明らかになることがありますが,そのときは基礎に戻って,十分に意味をよく理解してから再挑戦してみてください.予習はとくに必要なく,前回までの授業の内容を十分によく理解しておくことが予習となります. 
履修上の注意
受講条件等
前期の統計力学Iの内容が十分に理解できていないと,履修は実際問題として不可能ですので,前期の成績がよくなかった場合は,夏休みなどを利用して,出来るだけ早い時期によく学習しておいてください.他にも,物理学プログラムの前学期までの専門基礎科目,とくに,力学I・II,量子力学I・II,熱力学の内容を十分に理解していることが必要です.数学は,定積分の定義(区分求積法)や,指数関数や対数関数,簡単な微分積分など,基礎がしっかり身についていることが必要です。
 分からないところがあれば,質問に来て積極的に解決してください. 
成績評価の基準等  成績は平常点10%(程度),中間試験得点30%(程度),期末試験得点60%(程度)を基礎に,総合的に評価します.平常点は小テスト,レポート,出席状況などから評価します.追試・追レポートは実施しません。プリントには重要な連絡が書かれているので,毎回必ず目を通してください。
 
実務経験  
実務経験の概要と
それに基づく授業内容
 
メッセージ  統計力学は,ミクロの世界とマクロの世界をつなぐ物理学として,あらゆる近代物理学や科学技術の基礎となる,人類の貴重な財産の一つといって過言でありません.とくに後期の内容は,重要事項が目白押しで,例えば量子力学発見のきっかけとなった黒体輻射の話や,身近な現象にも関係の深い,相転移の話などがあります.科学や文化に興味のある全ての人にとって有意義な内容ですので,しっかり学習し,理解してほしいと思います.
 
その他 同期に開講される統計力学演習と連携して進めますので,再履修生以外は並行して履修してください.
この授業は物理学プログラムの中で開講されることを想定してデザインされていますので,他学部他学科の学生が受講する場合には,難易度が高くなり,強い興味と学習意欲に加えて,十分な予備知識がないと現実の履修は困難と思われます.
 
すべての授業科目において,授業改善アンケートを実施していますので,回答に協力してください。
回答に対しては教員からコメントを入力しており,今後の改善につなげていきます。 
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