第15回 まとめーなぜ物理を学んできたかー
・知らぬは神頼み
・興味は記憶を助ける
・ 物理は面白い
・ SP混成軌道
・量子力学の仕組み
今日の目標
1.物理を勉強する気になること
2.量子力学の方法論が理解できること
物理を勉強する動機
基礎物理学の授業をどんな思いで受講してきたか?
1.物理は面白い
2.高学年になって役に立つ
3.必須科目だから仕方なく
怖い自然現象:地震、雷、日蝕、月蝕、・・・・・
神のなせる業
朝日新聞2012年1月9日朝刊
怖い自然現象:地震、雷、日蝕、月蝕、・・・・・
どうして? なぜ?
科学的方法
なるほど
SP混成軌道
神頼み
なに?
量子力学
なるほど
神のなせる業
量子力学とは
古典力学
水素原子
 h2 2
1 e2 
 

  E
4 0 r 
 2
h 2 1 ∂ r2∂
1 ∂
+ 2
2m r2 ∂r
∂r
r sinθ ∂θ
sinθ
+ V(r) Ψ(r,θ,φ) = EΨ(r,θ,φ)
2
 e  m 1

エネルギー: En  
2
2
4

2
h
n
0 

2
固有関数:
Ψnlm(r,θ,φ) = Rnl(r)Ylm(θ,φ)
∂
∂θ
∂2
1
+ 2 2 ∂φ2
r sin θ
水素原子の固有関数
Ψn,l,m,s,ms(r,θ,φ,σ) = Rn,l(r)Ylm(θ,φ) χs,ms(σ)
n = 1, 2, 3, …
:主量子数
l = 0, 1, 2, …, n-1
:方位量子数
m = -l, -l+1, …., 0, 1, …, l :磁気量子数
n l
1 0
2 0
1
3 0
1
2
4 0
・
m
0
0
-1,0,1
0
-1,0,1
-2,-1,0,1,2
0
・
spin
状態名 状態数 縮退数
2
up/down 1s
2
// //
2s
2
8
// //
2p
6
// //
3s
2
18
// //
3p
6
// //
3d
10
// //
4s
2
// //
・
・
量子力学の仕組み
シュレーディンガー方程式: Hφ(r) = Eφ(r)
エネルギー: ハミルトン演算子の固有値
電子の軌道: 電子の状態
状態: 量子数
電子の存在確率: 波動関数の絶対値の2乗に比例
角運動量の大きさ: 角運動量演算子の2乗の固有値
角運動量のZ成分: 角運動量演算子のZ成分の固有値
粒子の統計性: Fermi統計、Bose統計
今日の用語
Bose-Einstein統計、Fermi-Dirac統計、ボーズ粒子、フェルミ粒子、パウリの排他原理、
自然現象の“なぜ”、科学的方法、量子力学の仕組み、水素原子の固有関数
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