量子力学基本知识
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇量子力学基本知识范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
量子力学基本知识范文第1篇
本书是由两位在此领域中有颇多成果的意大利著名专家根据这方面的最新进展所写的一本新的教科书性质的专著，它包括了热动力学，统计力学和多体问题的经典课题和这方面的最新进展。
19世纪末，开尔文公爵发表著名的演说，其中提到以经典力学、经典热力学和经典电磁理论为基础的物理学大厦已经建成，后人只需要做些小修小补的工作。然而在明亮的物理学天空中飘着两朵乌云，其中之一便是黑体辐射问题。实验发现黑体辐射无法用连续能量的观点来处理，这对经典的物理学提出了巨大的挑战。为解决这一问题，一个崭新的学科――量子力学应运而生。它是由普朗克最先提出，由爱因斯坦、波尔、薛定谔、狄拉克等天才的物理学家们发展完善，是公认的20世纪物理学最伟大的突破之一。本书回顾了量子力学的发展历史，介绍了量子力学的基本知识，是一本优秀的量子力学教材。
全书共12章，分4个部分。第一部分 量子力学的提出与建立，包括第1章。分析了经典物理学对处理黑体辐射、光电效应和康普顿散射的困难，介绍海森堡不确定性原理、波尔对应原理、含时的与定态的薛定谔方程、物理实际对薛定谔方程解的限制、本征波函数与本征值、波函数的完备性与正交性、叠加原理、互补原理以及相位的概念。最后明_了量子力学的几个基本假设，强调了薛定谔方程本质上是一种假设。第二部分 使用薛定谔波动方程处理量子力学问题，包括2-7章：2.求解一维无限深势阱；3.自由粒子；4.线性谐振子；5.一维半无限有限高势垒；6.势垒隧穿处理α粒子衰变；7.一维有限深势阱等模型的薛定谔方程的解。介绍球坐标空间，引入分离变量法，求解了氢原子的薛定谔方程。第三部分 使用海森堡矩阵力学处理量子力学问题，包括第8-10章：8.介绍角动量理论和自旋算符理论；9.介绍微扰理论；10.定态一级微扰和二级微扰，并成功应用于解释Stark效应。最后介绍含时微扰，给出了费米黄金规则公式。第四部分 弹性散射理论，含第11-12章：11.并以刚球散射和方势阱散射模型为例，求解散射振幅与微分截面；12.介绍狄拉克发展的酉算子和酉变换。
本书内容简单，利于理解，适合作为物理系本科生的专业教材。与常见的量子力学教材相比，本书有两个优势，一是求解的数学过程完整且准确，可以帮助读者建立坚实的数学基础；二是在每一章的前言部分，都有对量子力学发展历史的介绍，其中对当时的物理学家们的言行描写尤为生动，妙趣横生。如果读者阅读英文有困难，也可以参考北大曾谨言教授编写的《量子力学》，两本书内容相近，可以互为辅助。
本书内容涉及2个领域：热力学和经典统计力学，其中包括平均场近似，波动和对于临界现象的重整化群方法。作者将上述理论应用于量子统计力学方面的主要课题，如正规的Feimi和Luttinger液体，超流和超导。最后，他们探索了经典的动力学和量子动力学，Anderson局部化，量子干涉和无序的Feimi液体。
全书共包括21章和14个附录，每章后都附有习题，内容为：1.热动力学：简要概述；2.动力学；3.从Boltzmann到BoltzmannGibbs；4.更多的系统；5.热动力极限及其稳定性；6.密度矩阵和量子统计力学；7.量子气体；8.平均场理论和临界现象；9.第二量子化和HartreeFock逼近；10. 量子系统中的线性反应和波动耗散定理：平衡态和小扰动；11.无序系统中的布朗运动和迁移；12.Feimi液体；13.二阶相变的Landau理论；14.临界现象的LandauWilson模型；15.超流和超导；16.尺度理论；17.重整化群方法；18.热Dreen函数；19.Feini液体的微观基础；20.Luttinger液体；21.无序的电子系统中的量子干涉；附录A.中心极限定理；附录B.Euler 伽马函数的一些有用的性质；附录C.Yang和Lee的第二定理的证明；附录D.量子气体的最可能的分布；附录E.FeimiDirac和BoseEinstein积分；附录F.均匀磁场中的Feimi气体：Landau抗磁性；附录G.Ising模型和气体-格子模型；附录H.离散的Matsubara频率的和；附录I.两种液流的流体动力学：一些提示；附录J.超导理论中的Cooper问题；附录K..超导波动现象；附录L.TomonagaLuttinger模型确切解的抗磁性方面；附录M.无序的Fermi液体理论的细节；附录N.习题解答。
本书适于理工科大学物理系的大学生、研究生、教师和理论物理、材料物理、超流和超导以及相变问题的研究者参考。
量子力学基本知识范文第2篇
Reform and Practice of Quantum Mechanics Hybrid Teaching Mode Based on SPOC
LIU Rong HOU Hong-lu DONG Wei LIU Wang-yun HUI Ying-xue
（College of Optoelectronic Engineering， Xi’an University of Technology， Xi’an 710021， China）
【Abstract】With the rapid worldwide rise of open online courses and learning platforms， a hybrid teaching model based on SPOC for small-scale specific learning groups has emerged as a powerful means of truly embodying the concept of “student-centered” education. Based on the training goal of electronic science and technology in our university and the characteristics of quantum mechanics course， this paper explores the reform of teaching mode from “traditional teaching” to “SPOC-based hybrid teaching”， studies the reform of teaching mode based on students， SPOC quantum mechanics course hybrid teaching methods， to further improve the effectiveness and quality of classroom teaching to provide an important guarantee.
【Key words】SPOC； Quantum Mechanics； Electronic Science and Technology； Teaching Mode
1 SPOC的产生
追溯国内外在线课程的发展，从1989年美国凤凰城大学最先推行在线学位计划，成为美国第一批被认可的提供网络学位教育的学校开始，直至2001年美国麻省理工学院OCW（Open Course Ware）项目启动，再到2008年MOOC（Massive Open Online Course）概念首次提出[1]，并在全球范围内以迅猛之势推广应用，称为现代教育改革的新兴产物。为了顺应新世纪的两大发展趋势，即全球化和信息化，中国高等教育也迎来了新的机遇和挑战。2011年教育部出台了《教育部关于国家精品开放课程建设的实施意见》（教高[2011]8号）、《精品资源共享课建设工作实施办法》（教高厅[2012]2号）文件，全面启动精品视频公开课和精品资源共享课建设。2014年“中国大学MOOC”平台全面运营。国内在线开放课程平台日趋成熟，有效支持在线开放课程的建设与运行。大规模在线开放课程等新型在线开放课程和学习平台在世界范围迅速兴起，不仅拓展了教学时空，实现优质教育资源共享，为学习者提供终身学习条件，而且增强了教学吸引力，激发了学习者的学习积极性和自主性。然而，MOOC缺乏教师的深度参与，脱离实体学校的小班教学，难以完全取代传统的课堂教学。与此同时，一种将MOOC资源服务于校园内学习者的在线教育形式――SPOC（Small Private Online Course）应运而生。SPOC是一种将MOOC资源用于小规模、特定学习者的教学解决方案，赋予学生更完整、有针对性的学习体验。采用混合式教学模式，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性，真正体现“以学生为核心”的教育理念[2]。
致力于建设面向工科专业学生的量子力学在线开放课程，结合我校电子科学与技术专业的培养目标，以及量子力学课程特点，立足于提高学生学习积?O性和培养学生科学探索精神及创新能力，以“微课程”为载体，实现从“传统课堂教学模式”向“SPOC教学模式”转变，研究和构建以学生为核心的基于SPOC的量子力学课程教学模式，采取线上视频教学和线下课堂教学有机结合的混合式教学方法，实现改善课堂教学效果及质量的目标。
2 SPOC教学模式设计
SPOC是线上和线下相结合，采用校内教师的在线资源与校外相关MOOC资源相结合，通过线上教学视频、教学课间、在线作业、测验等教学资源，让学生先自行在线学习，然后在课堂上进行面对面的讨论、答疑、实验等，最后进行线下期末考试环节，至此，整个课程完成。SPOC的核心是教学流程变革所带来的知识传授的提前和知识内化的优化[3]。SPOC的教学模式全过程一般由三个环节构成：问题导入环节、线上学习环节和互动跟踪环节。具体细化过程还包括：微视频制作与上传、设置任务单、提供资料库、组织线上视频学习、开展在线讨论、线下互动教学、跟踪监测等流程，SPOC教学模式设计流程如图1所示。
在具体实践中，结合量子力学的课程特点，做到以下几方面：
（1）基于SPOC的量子力学课程建设采用以知识点碎片化视频（10分钟左右）与交互式练习为基本教学方式的知识点组织模式和学习模式，采取线上视频教学和线下课堂教学有机结合的混合式教学方法，实现教与学的“翻转”。
（2）基于SPOC的量子力学课程建设预期形成6-8小时的在线视频课程，分为10周进行授课，每周授课时数为4节，每节10分钟左右（即为一个视频课程单元）。此外，还包含6-8小时的线下教师面授课程，分3-4周进行授课，每周授课时数为2节，每节50分钟.在线视频兼顾“快、高效、有趣”的特点。
（3）构建以知识点为单元的视频课程模块单元。结合量子力学的课程与内容特点，分解知识单元，构建以知识点为节点的知识架构。通过课程知识点的拆解、遴选和重组形成涵盖课程基本知识点、基本概念、基本原理、前沿专题和热点问题的课程体系课程内容。
（4）配备教学大纲、教案或演示文稿、重点难点、作业、试题库、参考资料、资源库等完整的课程支撑资源库。
（5）基于学情分析，预习导学、设置单元作业、在线讨论、在线考试等线上教学任务和线下教室讨论、交流、答疑等教学活动，以帮助学习者有效进行学习并实现课程制定的目标。教学团队每周会引领4个知识点的学习，渐进式的推进，配以丰富的案例与实操贴士，大家可以选择适合的时间来学习、交流与练习。
（6）考核方式：视频学习完成度+课内表现+期末考试成绩。
3 SPOC教学实践
SPOC采用线上视频教学和线下课堂教学有机结合的混合式教学方法，以学生为核心，将学习置于复杂的有意义的问题情境中，通过视频观看和互动讨论，激励学生积极探索隐含于问题背后的科学知识，实现知识体系的建构和转化，同时鼓励学生对学习内容展开讨论、反思，教师则以提问的方式推进这一过程，最终使学生在一个螺旋式上升的良性循环过程中理解知识，实现学习的不断延续，以促进学生解决问题、自主学习能力的发展，以及创新意识和创新能力的提高，实现改善课堂教学效果及质量的目标。
与传统教学方法相比，基于SPOC的混合式教学模式中，教师与学生的角色和任务发生巨大改变。教师从传统课堂中的知识传授者变成了学习的促进者和指导者，这意味着教师不再是知识交互和应用的中心，而是学生应用知识到真实情景的推动者。
教师的主要任务是：
（1）创设问题情境、呈现问题。提出问题是SPOC的起点和焦点。布朗、科林斯等学者认为，认知是以情境为基础的，发生在认知过程中的活动是学习的组成部分之一，通过创设问题情境可吸引学习者。问题的产生可以是学生自己在生活中发现的有意义、需要解决的实际问题，也可以是在教师的帮助指导下发现的问题，还可以是教师根据实际生活问题、学生认知水平、学习内容等相关方面提出的问题。
（2）提供丰富的教学资源。教学资源是实施SPOC的根本保障。教师可以利用网络课程为学生解决问题提供多种媒体形式和丰富的教学资源。
（3）对学习成果提出要求，给学生提供一个明确的目标和必须达到的标准。
（4）部分教学内容、难点问题讲授。
（5）答疑，论坛主持，实验，考试组织等。
学生的主要任务是：
（1）通过观看视频（任意时间）自主学习；
（2）在线完成作业和测试；
（3）线上论坛讨论并相互回答问题；
（4）参与课堂讨论和组间辩论。
例如，在讲到微观粒子的波函数时，有学生认为波函数是经典物理学的波，也有学生认为波函数由全部粒子组成。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，可以通过线上视频学习、网络资源共享，再组织在线讨论，最后线下教学互动和老师疑难解答，对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正，实现学生对一些不易理解的量子概念和原理的深入理解[4-6]。
4 SPOC教学设计的关键问题
（1）明确学习目标和内容。通常任课教师以整门课程为一个体系进行教学设计，但是这个体系过于庞大，学生往往看这个体系如“盲人摸象”，很难完整理解，甚至使学生产生畏难情绪，很难“留住”学生参与线上学习。所以，建议在设计学生的学习目标时以周为单位，定期视频学习任务书，该任务书一定是具体的、可量化的，使学生可以在短时间内明确本周的学习目标和内容。
（2）教学内容的设计与教学环节的组织安排。基于SPOC的混合式教学不等同于传统教学+在线学习，需要详细设计教学内容，例如哪些内容适合学生在线学习？哪些内容需要课堂讲授？设计哪些讨论主题既紧密结合课程知识点又能够激发学生的“好奇心”，有利于培养学生科学探索精神及创新能力？等等。此外，还需要细化各个教学环节的组织安排，确保各环节能够有机结合。
量子力学基本知识范文第3篇
本书是由作者在大连理工大学给研究生开设固体量子理论课准备的讲义基础上写成的。在晶格动力学和电子能带论的内容上与初等固体物理学有一些重叠，作者指出其目的是为了提供关于固体中原子（或离子）与电子运动的一些基本知识，从而可以用来研究它们对于固体的各种物理性质的影响。实际上，起源于原子（或离子）的振动、电子以及电子与原子（或离子）的振动之间相互作用的激发，在决定很多固体的物理性质中起着极其关键的作用。
在本书撰写过程中，作者特别注重阐明物理概念和尽可能详细地给出物理结果的推导过程以及相关的代数运算步骤。但是，由于受到篇幅的限制，经常要忽略一些繁杂的细节。作者建议读者花费一定的努力补齐相关的细节。
为了帮助读者掌握本书的材料，作者在每一章后面都提供了不少习题。其中的一些利用课文中阐述的原理可以简单地求得结果。但有一些需要费些功夫，因为它们包含有对课文中的内容的一些扩充。做出这些习题无疑会促进对相关论题的理解。这些问题的详细求解被包含在作者编写的另一部“固体物理习题集及其解答”（“Problems in Solid State Physics with Solutions”）中。另外对于书中有些包含了数值计算的问题，建议读者尝试把问题转换成Fortran 或C语言的计算机代码，利用计算机求得相应的数值解。
本书共分9章：1.晶格动力学； 2.声子色散关系的确定； 3.能带的基本理论； 4.电子能带结构的确定； 5.电子-声子相互作用； 6.固体的输运性质；7.固体的磁性； 8.固体的光学性质； 9.超导。
本书作者非常注重教学技巧，对于固体的一些最基本的问题给出了繁简适当、深入浅出的叙述，读者很容易入门并按照作者的引导逐步深入，这使得本书非常适合作为相关学科的研究生甚至大学高年级学生作为固体理论的教材。对于从事与固体理论相关领域研究的专家、学者它也都是一部很好的参考书。
量子力学基本知识范文第4篇
【关键词】固体物理 学科前沿 教学改革
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）07-0181-01
《固体物理》是大学物理专业一门重要的专业必修课。固体物理是研究固体的结构及其组成粒子(原子、离子、电子等)之间相互作用与运动规律，以阐明其性能与用途的学科［1，2］。同时，随着科技的发展，以固体物理为基础外向延拓的凝聚态物理成为当前重点研究的学科之一，是材料物理、半导体物理、新材料和新器件等新兴交叉学科的理论基础。固体物理的学习成为基础理论与应用学科之间的桥梁，在当今世界的高新科技领域起着不可替代的作用。本课程的主要学习任务是在大学物理、量子力学、统计物理等知识基础上学习晶格理论和固体电子理论、以及所涉及的学科发展的前沿和应用。因此有必要学习且学好这门课，这要求学生必须具备较强的物理思想、扎实的数学基础、良好的量子力学基础，而且这门课内容抽象且庞大，因此对授课的要求也相应地提出了挑战。从教师角度来讲，如果上好这门课，使学生深刻理解和掌握物理基本概念、所学内容，并能学以致用，培养学生解决实际问题的能力和创新能力，如何融合学科前沿知识于物理教学中，提高教学质量，值得我们深思。
笔者在教学中考虑到传统的固体物理教学内容和日新月异的固体物理前沿内容间的关联，在教学中引入学科前沿研究的具体问题，以期固体物理的教学能够与时展相结合，强化学生的基础知识学习，提高学生的学习兴趣，拓宽学生的视野，培养学生的科学态度、学习能力和创新能力。本文引用教学过程中选择的一个具体研究体系：即石墨烯体系来阐明如何在教学中建立基础知识与前沿间的关联的。石墨烯体系是2004年英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov等人通过机械剥离法获得了单层石墨烯片，这种二维材料仍保持了近乎完美的晶体结构和极高的稳定性。石墨烯材料展现出了诸如无质量的狄拉克费米子、弹道输运、室温量子霍尔效应等一系列新奇的物理性质成为近几年迅速发展起来的研究热点材料之一。2010年，Geim和Novoselov因为在石墨烯研究方面的卓越贡献获得了诺贝尔物理学奖金。选择石墨烯体系是因为：(1)它可以与固体物理众多基础知识点联系起来，使学生在学习中更加具体化；(2)在教学过程中结合一个研究问题，在学习过程中层层推进，既深刻理解了固体物理的基本知识点，又同时逐步了解了前科学科的研究内容、方法；(3)此教学过程可以激发学生的学习热情和兴趣，让学生感知学科发展的动力，认识科学的研究来源于基础知识的积累、学习。下面我们简要的梳理一下在教学过程中如何结合石墨烯体系进行教学的。
1.晶格结构。《固体物理》教学的第一块内容是晶体结构以及对它的描述：基矢、倒格矢等。晶体结构是微观粒子的排列方式，抽象、枯燥。我们将Materials Studio软件应用于教学中，充分应用模拟软件的可视化功能，导入典型材料的晶格结构，通过旋转多角度的观察微观粒子的排列方式，分析结构特征。其中导入单层石墨烯结构：分析原胞，分析两个不等价的碳原子，用A、B表示，求解原胞基矢、倒格矢，分析每类原子的最近邻、次近邻等，为后续紧束缚近似从能级扩展到能带做铺垫。
2.能带理论。在晶体中，势函数满足周期性，状态波函数满足Bloch定理。求解石墨烯中载流子运动状态和能量满足的方程，考虑到碳原子核外电子在一个原子附近时，将主要受该原子场的作用，而把其它原子场的作用看成是微扰作用，因此采用紧束近似的方法。由于石墨烯中有A、B两种不等价碳原子，波函数可以写为ψ=C1?覫A+C2?覫B其中?覫A，?覫B 分别代表A和B的原子轨道对所有格点求和的波函数，在教师引导下让学生具体求解本征方程，具体计算结合书本，只保留到最近邻相互作用项，给出能带公式，分析能带图，提醒学生注意能带图殊的6个交叉点（即K，K’点），具体物理分析留待后面解释。
3.能态密度和费米面。能态密度以及费米面附近的载流子浓度是决定材料物性最基本的物理量。通过对石墨烯能带结构的分析，由6个K和K’点组成的平面即为零偏压下的费米面，忽略原子轨道间的重叠积分，在K/K’附件展开给出能量为波矢的线性关系，实验上可用角分辨光电子谱等方法对石墨烯的能带进行测量，向学生展示实验结果并对比理论进行分析。相应地描述石墨烯载流子行为的方程是Dirac方程，而不是薛定谔方程，这一点需向学生做进一步分析解释：区别传统自由电子气中描述载流子所采用的近自由电子近似，其中能量与波矢的关系成二次方项；而在单层石墨烯中载流子的速度约为106 m/s，类光子，采用Dirac方程描述。正是因为石墨烯中电子结构的特殊性为人们研究观察相对论量子电动力学效应提供了更加方便的手段和系统，使得人们可以利用低能的凝聚态物理来模拟一些量子场下所预言的相对论量子现象，用石墨烯来检验Klein隧穿效应等，拓宽学生视野，激发学习热情。
4.电子在电场和磁场中的运动。(1)通过能带理论解析导体、绝缘体或半导体的导电行为。针对石墨烯材料，同样由能带结构分析导电性能。尤其指出当门电压为零时，理论上载流子浓度为零，如何解释实验上观测到的最小电导率，向学生抛出问题，引导学生思考，最后总结目前文献中的相关解释。(2)采用经典理论和量子理论分析自由电子系统在外加磁场条件下载流子的运动特征，介绍传统的霍尔效应和整数量子霍尔效应现象。引入在石墨烯材料上室温下观测到的反常的量子霍尔效应现象。引导学生找出霍尔电导的反常性来源于材料结构的特殊性以及描述载流子运动方程的不同，并进一步给出在外加磁场下的状态方程和能量关系，分析实验现象。
5.其它。在课时允许的条件下，以专题的形式向学生介绍前沿知识。同样以石墨烯为例，介绍晶格振动实验和理论的结果；各种散射机制以及采用Boltzmann方程的方法如何处理散射问题，异质结的能带形成过程；光的吸收与层数的关系实验规律，分析光的吸收机制以及在透明导电薄膜领域的应用前景；以及石墨烯材料如何制备等等。当然我们也同样可以选择其它的学科前沿的事例结合固体物理的教学，在这里笔记主要是介绍通过石墨烯的研究内容来充实我们的教学内容。
总之，结合固体物理理论性强，并且学科飞速发展的特点，在课程内容上有必要增加学科前沿内容，传授研究方法，设计研究性课题，解决实际问题。从而培养有创新能力的学生。
参考文献：
量子力学基本知识范文第5篇
英国著名哲学家培根说：数学是打开科学大门的钥匙。现代科学技术的发展与进步离不开数学。量子力学、信息论、电子计算机科学以及生物工程等都与数学紧密相连。因此，高等数学是大学生必备的基础知识，是大学教育中一门重要的基础课程[1，2]。通过高等数学课程的学习，训练了数学思维，有助于掌握后续课程。然而，由于高等数学注重逻辑推理，使得这门课程的教学偏于理论，与实际应用联系不紧密，导致学生学习的积极性不高，学习状况不容乐观。本文从激发学生兴趣的角度浅谈高等数学课程的教学模式改革。
在以往的教学中，教学着重于讲解知识点，讲解教材中的例题。这类“灌输式”教学的一个结果是学生会模仿解题思路但缺乏创造性，对知识的理解停留在表层，难以学以致用。笔者在高数类课程中引入问题驱动式教学模式，从激发学生的学习兴趣开始，提高学生学习高等数学的主动性与积极性。
三、以学生为主体的教学过程
传统的教学模式是由概念到定理，完成证明，讲解例题，布置习题。然而数学概念大都比较抽象，并不容易理解。这也在一定程度上影响了学生的主动性。特别是对于非理科专业的学生，这样的教学方式容易挫伤他们的积极性。特别是高数类课程紧张的课时，导致他们在课堂上习惯于跟着老师的思路走，缺乏主动探索意识，自主学习能力较差。
笔者认为，适当增加时间让学生更多地参与到教学过程，转化为主动式学习。尽管从时间上面来看，这会占用一部分课堂时间，但是，从结果来看，这样的主动式学习可以达到“事半功倍”的效果。
为鼓励学生积极主动地参与课堂讨论等教学过程，有必要建立一套新的成绩评价体系。将学生参与课堂讨论，提出自己想法等活动纳入评价体系，有助于实施新的教学模式，改变传统的“一言堂”的教学方式。这也要求教师更多地扮演组织者的角色，同时做好评估。
四、总结
