量子力学的发展史

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量子力学的发展史范文第1篇

关键词：大学生；量子物理；物理学史

作者简介：丁艳丽（1979-），女，回族，辽宁辽阳人，沈阳化工大学数理系，讲师；母继荣（1964-），女，河北乐亭人，沈阳化工大学数理系，副教授。（辽宁　沈阳　110142）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）35-0067-02

量子力学是反映微观粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）运动规律的理论。[1]它是20世纪初在大量实验事实和旧量子论基础上建立起来的，是人们认识和理解微观世界的基础。量子物理和相对论的成就使得物理学从经典物理学发展到现代物理学，奠定了现代自然科学的主要基础。量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步作出了重要贡献。通过量子物理的教学，有利于培养大学生的科学素质、科学思维方法和科研能力，培养学生的探索精神、创新精神、科学思维能力以及辩证唯物主义的科学观。另外，量子物理是处于发展中的理论，怎样将量子论和广义相对论（引力作用）统一起来仍是困扰人们的问题。“弦理论”的提出使人们看到了希望，通过这部分的教学可以培养学生的横、纵向思维和不断追求科学真理的精神。因此，在大学物理的教学中应适当增加量子物理的教学内容。由于量子物理里好多概念、思想和宏观世界里的完全不同，叫人无法理解，以致量子论的奠基人之一玻尔（Niels Bohr）都要说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”[2]那么怎样让学生在轻松愉快的状态下学好量子物理呢？在教学过程中适当引入物理学史有利于学生掌握其核心，既培养了学生的学习兴趣，又有利于实现启发式教学，而非纯粹的概念和公式的教学。下面主要从几个方面阐述物理学史在大学生学习中的重要作用。

一、非物理专业大学生学习量子物理的需要

即使是物理专业的学生，多数人在学习量子物理时一直如在云里雾里，虽然知道微观粒子的波粒二象性，也知道不确定原理，了解原子的轨道理论，但是却不知道为什么这样。这一方面是由于量子物理里好多概念、思想和宏观世界里的完全不同。另一方面，学生没有掌握量子物理的核心，没有从整体上把握量子物理的基石。一些教材对这部分的介绍也较少。如果在教学中能够引入量子物理的发展史，不仅能吸引学生的注意力，调动学生的学习兴趣，还有利于学生理解量子物理的概念和思想，使学生能够身临其境地感受到那场史诗般壮丽的革命，深刻体会量子论的伟大，有利于学生辩证唯物主义观的形成。而非物理专业的学生与物理专业的学生相比，在学习量子物理时难度更大。这是由于物理专业的学生开设了许多物理专业课，如原子分子物理、物理学史等课程，为量子物理的学习奠定了基础。而非物理专业的学生没有前期的知识铺垫，对知识的掌握难度增大。如果能适当加入量子发展史的介绍，不仅降低了学生学习难度，还激发了学生学习兴趣，这就更突显出物理学史在大学物理教学中的重要作用。

从整体上介绍量子物理的发展史可以使学生掌握量子物理的核心，从整体上把握量子物理的基石，即波恩的概率解释、海森堡的不确定性原理和玻尔的互补原理。[2]这三大核心原理中，前两者摧毁了经典世界的因果性理论，互补原理和不确定原理又合力捣毁了世界的客观性和客观实在性理论。一些实验和理论斗争的介绍不仅可以吸引学生的学习兴趣，还可以培养学生的科学思维方法。19世纪末20世纪初，好多物理学家认为物理学大厦已经基本建成，后辈的工作只是做些细枝末节的修补和完善。但当时物理学天空漂浮着两朵小乌云，一朵是“以太的绝对参考系”，另一朵是“黑体辐射的紫外线灾难”。前者导致了相对论的建立，后者导致了量子物理的建立。

对量子物理三大基石的掌握，即波恩的概率解释、海森堡的不确定性和玻尔的“互补原理”是量子物理的三大支柱。大学所学的量子物理学是基于这三个支柱的。这就像数学中的公理一样，对于大学生而言不能去讨论为什么，只能是是什么。

二、大学生素质教育的需要

大学物理的量子部分教学不同于物理专业学生的量子物理教学。大学物理教学的目的主要是增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生科学的思维方法、辩证唯物主义观等素质教育，重在方法而非纯理论教学。因此，大学物理的教学目的与任务是使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为进一步学习打下坚实的基础。更为重要的是，在大学物理课程的各个教学环节中，都应在传授知识的同时注重培养学生分析问题和解决问题能力，注重培养学生科研探索精神和辩证唯物主义世界观的形成。量子物理发展史的介绍和讲解有助于培养学生这方面的能力。

1.辩证唯物主义世界观的培养

在大学物理的教学过程中融入物理学史的内容有利于培养学生的辩证唯物主义世界观。如关于光的本性的争论持续了300年，光的波动理论和微粒理论艰苦卓绝地斗争了300年。量子论就是在这种斗争中逐渐建立起来的。托马斯·杨的双缝干涉实验、菲涅尔的圆盘衍射等实验形象的描述可使学生体会到光的波动性；而光电效应实验、康普顿的X射线散射实验等实验的介绍可使学生深刻体会光的粒子性；德布罗意电子波及实物粒子波理论的介绍及戴维逊和革末关于电子的实验，电子通过镍块时展现了X射线衍射图案，证明了电子具有波动性，由此人们认识到了光及实物粒子的波粒二象性。这部分的教学可使学生领悟到看似毫不相干的量实际上存在着深刻的联系，波动性和粒子性原来是不可分割的一个整体。就像漫画中教皇善与恶的两面，虽然在每个确定的时刻只有一面能够体现出来，但它们确实集中在一个人的身上。从中学生们可以深刻体会到任何事物都存在两面性，人们要辩证地看待问题。这部分历史的简单介绍还可以使学生深刻体会到人们对真理的认识是随着科技的发展而不断完善的过程，也是一个艰苦长期的斗争过程。对光的波粒二象性的认识有利于培养学生辩证唯物主义世界观。

2.分析问题和解决问题能力的培养

在大学物理的教学过程中适当引入一些实验的描述或利用多媒体等手段演示实验过程有利于培养学生的分析能力和解决能力。对康普顿实验的讲解分析可以培养学生的分析问题和解决问题的能力，尤其是康普顿的分析过程，而非纯理论上的推导分析。康普顿在研究X射线被自由电子散射的时候发现一个奇怪的现象：散射出来的X射线分成两个部分，一部分和原来的入射射线波长相同，而另一部分却比原来的射线波长要长，具体的大小和散射角存在着函数关系。如果运用通常的波动理论，散射应该不会改变入射光的波长才对。但是怎么解释多出来的那一部分波长变长的射线呢？康普顿苦苦思索，试图从经典理论中寻找答案，却撞得头破血流。终于有一天，他作了一个破釜沉舟的决定，引入光量子的假设，把X射线看作能量为hν的光子束的集合。这个假定马上让他看到了曙光，眼前豁然开朗：那一部分波长变长的射线是因为光子和电子碰撞所引起的。光子像普通的小球那样，不仅带有能量，还具有动量。当它和电子相撞，便将自己的能量交换一部分给电子。这样一来，光子的能量下降，根据公式E=hν，E下降导致ν下降，频率变小，便是波长变大。这样，X射线被自由电子散射的问题得到完美的解决。然后再进行理论推导，根据动量和能量守恒解决该问题，这样不仅使学生印象深刻，还锻炼了物理思维能力。

3.求实精神的培养

通过大学物理量子史部分的教学，介绍科学家严谨的治学态度、勇于追求真理的精神，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。

4.科学观察和思维能力的培养

在教学的过程中适当融入量子发展史的内容有利于培养学生科学观察和思维能力。如玻尔的互补原理的提出过程。当海森堡完成“不确定原理”后向玻尔请教，两人就“不确定原理”是从粒子性而来还是波动性而来展开了论战，从而提出了互补原理：波和粒子在同一时刻是互斥的，但它们却在一个更高的层次上统一在一起，作为电子的两面性被纳入一个整体概念中。这就是玻尔的“互补原理”。它连同波恩的概率解释、海森堡的不确定性共同构成了量子论“哥本哈根解释”的核心，至今仍然深刻地影响人们对于整个宇宙的终极认识。讲解过程中应形象生动地描述海森堡和玻尔的讨论过程及他的思维过程，使学生有种身临其境的感觉，从而培养科学观察和思维的能力。在教学过程中适当介绍思维实验有利于培养学生的思维能力及科学分析能力。如海森堡不确定性原理的提出过程就借助了思维实验及1935年爱因斯坦提出EPR思维实验等。[3]

5.创新意识的培养

通过学学物理学的研究方法、量子物理的发展史以及物理学家的成长经历等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望以及敢于向旧观念挑战的精神。如普朗克能量子假设的提出体现了敢于向旧观念、权威学家挑战的精神。而创新意识对一个学生来说是非常重要的，对社会生产力的发展也起着重要作用的。

6.科学美感的培养

以麦克斯韦方程组为例，描述麦氏方程所表现出的深刻、对称、优美，使得每一个科学家都陶醉在其中，玻尔兹曼情不自禁地引用歌德的诗句“难道是上帝写的这些吗？”描述麦克斯韦方程组的美。[2]一直到今天，麦氏方程组仍然被公认为科学美的典范。许多伟大的科学家都为它的魅力折服，并受它深深的影响，有着对于科学美的坚定信仰，甚至认为：对于一个科学理论来说，简洁优美要比实验数据的准确来得更为重要。依此引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征，培养学生的科学审美观，使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律，逐步增强认识和掌握自然科学规律的能力。

7.科学探索精神的培养

物理学在追求着大统一。许多科学家献身于这项伟大的事业，比如弦理论的提出。讲述其发展过程可激发学生的科学探索精神。

三、科学发展的需要

科学发展到今天，是建立在前人取得成就的基础上的。牛顿都说：“我站在了巨人的肩上。”以史为鉴，才能少走弯路。物理学发展到今天只剩下了最后一个分歧，但也很可能是最难以调和和统一的分歧，即量子物理和引力理论。只有了解和掌握了前辈所创造的财富，才能找到解决物理大统一的有效道路，才能实现物理学的梦想。这需要几代人的共同努力，可能需要几十年甚至几百年才有可能实现。很多人正在为之不断努力，这也是人们不断追求的科学理想。

大学生量子物理的学习需要适当引入物理学史，这既有利于学生学好大学物理，培养学生的辩证唯物主义世界观、分析问题和解决解决问题的能力、求实精神、科学观察和思维的能力、创新意识及科学探索精神，又有助于启发式教学。

参考文献：

[1]周世勋.量子力学教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2002.

[2]曹天元.上帝掷骰子么：量子物理史话[M].沈阳：辽宁教育出版社，

量子力学的发展史范文第2篇

[关键词]计算材料学；综合教学；课程起源

[中图分类号] G40-011 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）08-0155-02

一、前言

计算材料学是一门正快速发展的材料科学与计算机科学交叉的新兴学科，它能够利用相应计算方法对材料的组成、结构、性能进行设计与模拟；广泛涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。[1]可以说，计算材料学是材料学理论和实验的桥梁连接。[2]学习计算材料学能让学生进行模拟实验，使学生养成在制备材料前从理论上设计新材料并预测其性质的良好思路。

作为材料类专业的重要课程，我们在教学过程中存在着不少的问题：1.具有计算材料学研究背景的师资力量欠缺；2.授课方法单一、枯燥，课堂效果不好；3.实践条件的欠缺很难保证教学效果。为了提高计算材料学课程的教学质量，使学生更好地掌握材料设计和性能预测的基本能力，我们结合存在的问题和教学改革的实践，对计算材料学的课程教学提出一些改革方法。

二、了解起源，培养兴趣

计算材料学是一门十分抽象、理论性极强的课程，书中理论众多并伴随着数不清的陌生的符号、公式和注释，这往往让学生在学习过程中望而却步。传统的计算材料学教学通常是让学生在课后反复操练习题，以至可以灵活应用这些公式定律来解题。结果不言而喻，学生往往知其然，而不知其所以然，很难提起学习的兴趣。因此，授之以鱼，还得授之以渔，在教学过程中追本溯源，将理论的来龙去脉讲述清楚，教给学生创造的思维和方法显得更为重要。

计算材料学不仅蕴含着复杂的变量、方程和实验方法等知识，而且还充满了疑问，这些疑问把学生带入充满曲折的探索之旅。所以，在计算材料教学中将课程重点和难点融为一体，可以在不知不觉中起到“润物细无声”的独特效果。

计算材料学课程教改的目标是转变教学理念，让学生懂得计算模拟的起源、材料计算设计的基本方法和基本内容以及与之相关的计算材料的前沿知识，引入与之相关的计算模拟案例介绍，从而使其具有一定的理论素养，培养其科学的态度、方法和精神。

三、引入抛锚式教学模式，提高课堂质量

抛锚式教学也称实例式教学，是由美国温特贝尔特大学匹波迪教育学院开发的一种教学模式。其要求学生在某种类型个案的实际环境中去感受和体验问题，而不是听经验的间接介绍和讲解。真实的感受案例或情境，可以激发学生兴趣，引导学生观察和思考，形成一种探索与研究的习惯。

根据课程的特点，适当选择讲述一些有关课程的起源与发展的案例，使其自然地融入课堂。再结合教材内容“见缝插针”，让学生理解重要定理、公式是怎么来的，为什么要这么命名，相关定理、公式背后都有哪些有趣、有意义的故事，使学生产生一种情景记忆，而不是死记硬背，从而引导学生对知识点进行深入的学习和挖掘。

以本课程中的量子力学基础为例，详细介绍量子力学的发展历程可以让学生更好地理解量子力学的基本意义和它对于学好计算材料学的重要作用。如利用信息技术创设一个量子力学发展历程的故事或一段经历，用一根主线将求解量子力学波函数问题融入情境故事或经历中，使学生趟着主线求解复杂的问题。见表1：[3] [4]

围绕相关原理、公式如不确定性原理、薛定谔方程等，开发可共享的经验，展开教学活动，使学生掌握态矢量、波粒二象性和量子测量等概念知识，老师在学生获得概念知识的初始阶段需要提供较多的指导。创造机会使学生拥有更多的自进行独立探究或小组探究，围绕求解薛定谔方程所做的近似求解思想和方法，查找或探究相关的隐藏或缺失的信息。

运用知识作为问题求解的工具。学生运用相关定理、公式中隐含的信息或线索，积极制订解决问题的计划。为此，学生需要先探究一些问题，以确定辅助解决整个问题的补充信息。教师们应该根据实际情况，将计算材料软件如CASTEP、VASP和Abinit等引入教学中，使学生有接触解决实际问题的工具的机会。同时，教师们更需要了解学生的理解能力、决策能力和推理能力，从而更好地为学生的问题求解提供“脚手架”。

制订一套整合相关原理、公式的教学方案。引导学生们阅读更多学科知识的内容，共同探究相关的故事，使学生们沉浸在相关的模拟情境中，从而加深对概念知识的理解并整合不同学生的概念知识，在潜移默化中培养学生的知识迁移能力。

共同分享所学内容。学生们将他们对相关原理、公式问题和拓展性问题探究结果呈现出来，从不同角度探讨解决综合问题的策略，深层次地理解学习内容，从而为学习共同体作出贡献。[4]

四、以史为鉴，培养科学精神

科学精神包括探索精神、求真精神、民主精神、实践精神和怀疑批判精神等等。中国的应试教育使得广大学生太相信书本和教师，摧残了学生批判性思维能力，因此在教学中可结合一些计算材料学的历史，加强学生批判思维能力的培养。

例如，在计算材料学课堂中引入爱因斯坦对薛定谔、德布罗意等的观点提出质疑的案例。[5]

爱因斯坦在1924年对泡利反对连续区理论的观点上发表示了“完全的因果性”的看法，针对玻尔关于辐射的波动在本质上是几率波的假设而评论：“玻尔关于辐射的意见是很有趣的。但是，我决不愿意被迫放弃严格的因果性，将对它进行更强有力的保卫。我觉得完全不能容忍这样的想法，即认为电子受到辐射的照射，不仅它的跳跃时刻，而且它的方向都由它自己的自由意志去选择。”

爱因斯坦对“量子力学仅可建立在可观察量的基础上”这一观点也提出异议。1926年春天，他在海森堡的一次谈话中，提出了“是理论决定我们能够观察到的东西”的观点。

通过学习计算材科料学史，可以引导学生去发现和认识公式、方程的产生。如引导学生思考：从薛定谔方程产生到解决过程中真正创造了些什么？哪些思想、方法代表着薛定谔方程相对于以往的实质进步？科学工作者在求解薛定谔方程遇到瓶颈时，成功创造了近似求解的方法，这种方法可以从微扰理论到变分理论再到密度泛函理论，这不仅体现了量子力学理论的一大进步，更体现科学工作者对寻求真理的孜孜不倦的精神。[6]通过对计算材料科学史的学习，可以锻炼学生的创造性思维，同时学习薛定谔为追求真理，而百折不挠、义无反顾、献身科学的精神，感受薛定谔治学严谨、刚正真诚、淡泊名利的风范和人格魅力。

五、结论

计算材料学作为一门新兴科学，是材料类专业人才培养中的重要基础课程。然而在教学过程中由于师资力量薄弱、教学方法单一、研究对象复杂、实践条件有限等问题，使学生的学习兴趣低下、教学效果不明显。我们在教学过程中应运用科学发展过程中蕴藏的丰富的教育资源，通过讲授学科起源、发展以及应用的案例，使学生了解知识的形成过程，同时引入抛锚式教学模式将一个个真实生动的科学形象，融入日常课堂教学之中，从而提高课堂教学质量。同时，应有意识地加强计算材料学发展史的讲授，使知识、原理和规律变得生动而鲜活，更使学生的科学思想、科研方法、科学精神、科学态度和科学素养等得到熏陶和培养。

[ 注 释 ]

[1] 张跃，谷景华，尚家香.计算材料学基础[M].北京：航空航天大学出版社，2007.

[2] （德）D・罗伯，项金钟，吴兴惠.计算材料学[M].北京：化学工业出版社，2002.

[3] 许良英.爱因斯坦文集[M].北京：商务印书馆，1977（1）.

[4] （美）J・梅拉H・雷琴堡.量子理论的历史发展[M].北京：科学出版社，1990.

量子力学的发展史范文第3篇

一、数学科学是人类社会发展的精神产物

人类是动物进化的产物，最初也完全没有数量的概念．但人类发达的大脑对客观世界的认识已经达到更加理性和抽象的地步．这样，在漫长的生活实践中，由于记事和分配生活用品等方面的需要，才逐渐产生了数的概念．比如捕获了一头野兽，就用1块石子代表；捕获了3头，就放3块石子．“结绳记事”也是地球上许多相隔很近的古代人类共同做过的事．我国古书《易经》中有"结绳而治"的记载．传说古代波斯王打仗时也常用绳子打结来计算天数．用利器在树皮上或兽皮上刻痕，或用小棍摆在地上计数也都是古人常用的办法．这些办法用得多了，就逐渐形成数的概念和记数的符号．

数的概念最初不论在哪个地区都是1、2、3、4…这样的自然数开始的．随着人们活动范围的增广，认识自然利用自然能力的提高，数学在不断的向纵深和多元化发展 ，现在一些数学知识很难在现实生活中找到它的原型．

二、数学科学是人类社会发展的力量

人们认识领域扩大，对物质生活追求的提高，需要不断的认识自然，探索大自然的奥秘来为人类服务，就对各门科学的发展提出了新的发展的要求．其他科学的发展离不开数学的支撑．华罗庚说：“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之迷，日用之繁，无处不用数学．”爱因斯坦正是深受数学家黎曼的著作之影响而建立了广义相对论；量子力学的创始人海森堡采用了数学中的矩阵来描述物理量，从而建立了量子力学．1917年数学家拉顿在积分几何研究中引入了一种数学变换（拉顿变换），几十年后柯尔马克和洪斯菲尔德巧妙地运用拉顿变换，设计出X射线断层扫描仪——CT，为医学诊断技术作出了巨大贡献．1991年的海湾战争前，美国曾顾虑伊拉克会点燃科威特的油井而引起全球性污染，一家公司利用流体力学的基本原理及热传导方程建立了数学模型，用计算机仿真，得出否定结果，对美军发动海湾战争起了相当大的作用．在经济和管理过程中，数学技术在其中每一个环节都扮演了重要角色．任何一个产品，从原材料检验、下料、分类、运输、供应，到产品毛坯的准备、加工、物流、贮存、检测、装配、包装，到销售、服务、市场开发，直到市场信息反馈、成本核算、产品改进设计等等，数学中的最优化决策论原理促进了产品设计、生产与开发的科学化

三、数学科学可以提高劳动者的素质，促进生产力的飞跃

人类文明的进步还体现在民族素质的提高．生产力的决定因素是人，人类素质的提高促进生产力的进一步发展，一个民族的强弱在很大程度上取决于全体公民数学素质的高低．

量子力学的发展史范文第4篇

21世纪的世界,科学技术突飞猛进,国力竞争激烈,这一切实质是国与国之间的人才竞争。为了适应新时代的需要,培养大批高素质人才的任务已迫在眉睫,而要培养出适应新时代需要的具有较高科学文化素质和能力素质的人才,必须从基础教育到高等教育全面推进素质教育。实施素质教育的核心是培养学生的创新意识、创新思维和创新能力。大学作为培养高级人才的场所,作为新的知识诞生、获得和传播之地,对人才的培养更多地要着眼于具有创造性综合能力素质上。正如物理学家劳厄所说的:“重要的不是获得知识,而是发展思维能力,教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下的东西。”因此,随着素质教育的全面推行和发展,提高大学生的科学素质的素质教育日益受到教育界的重视。结合原子物理的教学内容,笔者谈一下培养学生创新精神的一些体会。

一、原子物理学在物理学中有着特殊的地位

物理学是自然科学中一门最基本、最重要的基础学科,物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本的、最普遍的运动形式及其相互转化的规律的科学。物理学几百年的发展积累了丰富的科学思想和科学方法。原子物理学是师范院校物理专业必修的一门重要的基础课程,是研究原子内部的微观结构及其运动规律的一门科学,其中的玻尔的理论起到了由经典物理通往近代物理的过渡桥梁作用。原子物理学的建立与发展集中体现了丰富的物理思想和物理方法,是培养学生的科学态度、科学思想和科学方法不可多得的范例。

二、原子物理学课程展现了丰富的物理方法

原子物理学是十九世纪末发展起来的,它的发展和成熟虽然只用短短几十年的时间,但却是众多杰出科学家集体智慧的结晶,积累了丰富的物理思想和物理方法,特别是量子论建立的初期知识体系,是物理学获得知识、组织知识和运用知识的典范。量子论的建立过程就是通过不断地提出经典物理无法解决的问题,提出假设、建立模型来解释并提出新的结论和预言,再用新的实验检验、修改或推翻的过程。在原子物理学教学过程中,结合知识的传授,抓住典型事例,有目的、有意识地引导学生深入思考,让学生分析和掌握原子物理学的建立过程的物理定律、公式后面的思想和方法,使学生在原子物理的学习过程中掌握物理学的思想和方法,从中受到有益的启示,从而对学生进行创新意识、创新思维的培养,这也是实施素质教育的具体体现。因此物理教学在系统学习物理学理论的同时,掌握科学方法,体会其科学思想,形成科学观点和科学精神,从而全面培养学生的综合科学素质,这才是物理教学的教育价值所在。

科学方法是人们在认识和改造世界活动中遵循和运用的以科学为基础的各种方法和手段的总称,是人们在实践活动中总结出来的正确的思维方法和行为方法,包括有:1.观察和实验方法:有意观察、单因子实验法、实验数据处理方法等;2.分析和综合方法:定性分析、定量分析、因果分析、综合等;3.比较和分类方法:异中求同、同中求异、分类等;4.假说方法;5.归纳和演绎方法:简单枚举归纳、三段论、演绎等;6.数学方法:用比值定义物理量、表达物理规律的形式化语言、运用图象描述物理现象和规律;7.理想化方法:理想实验、理想模型;8.类比方法:简单共存类比、因果类比;9.推理方法;10.分析和解决问题的具体方法:等效方法、近似处理方法等;11.非逻辑思维方法:直觉、灵感、想象、猜测等。原子物理课程中可展现的物理方法相当丰富,主要有“模型法”、“科学假说法”、“理想实验法”、“综合类比法”、“实验法”等,具体如下:

1.模型法

物理模型,是人们为了研究物理问题的方便和探讨物理事物的本身而对研究对象所作的一种简化描述,是以观察和实验为基础,采用理想化的办法所创造的、能再现事物本质和内在特性的一种简化模型,模型法是物理学最常用、最有效的一种方法。由于微观原子体系既看不见,又摸不到,没有“形”,人们为了更直观更形象地反映原子结构,不断地提出了汤姆逊的“葡萄干模型”、卢瑟福的“核式模型”、玻尔的分立能级模型,随着研究的深入,理想模型还要不断改进、不断完善,使其更加接近真实原型,最终提出了量子力学的原子模型。同样,对原子核的研究现有很多结构模型,如:“液滴模型”、“费米气体模型”、“壳层模型”、“集体模型”。

2.科学假说法

科学假说法是指根据已知的科学事实和科学原理,对所研究的问题提出一种假定性的推测和说明,是科学研究的一种重要的方法,量子论的产生和发展就是科学假说法在应用上的一个典范。1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,提出了能量子假说,为量子理论奠下了基石。随后1905年,爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出了光量子假说,并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念,为量子理论的发展打开了局面。1913年,玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子假说概念,提出玻尔的原子理论,对氢光谱作出了满意的解释,使量子论取得了初步胜利。1923年,德布罗意提出了物质波假说,将波粒二象性运用于电子之类的粒子束,把量子论发展到一个新的高度。

3.类比法

类比法是根据两个或两类事物在某些属性上相同或相似,而推出它们在其他属性上也相同或相似的推理方法,它是一种从特殊到特殊的推理方法。从物理学发展史我们可知,在很多关键时刻,科学家巧妙地运用了类比推理,提出科学假说,从而获得巨大成功。卢瑟福通过将太阳系与原子相类比,提出了原子结构是电子绕核运动的这一原子核式模型。德布罗意通过将电子与质子等微观粒子与光相类比,在光的波粒二象

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性基础上指出微观粒子具有波粒二象性的假设,提出了物质波的思想。

三、原子物理学教学可培养学生的创新精神

创新是一个民族的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力,是实施素质教育的重点。创新精神就是一种勇于抛弃旧思想旧事物、创立新思想新事物的精神。创新就要不墨守成规,敢于打破原有框框,探索新的规律,新的方法。因此,在物理教学中要高度重视培养学生的创新意识和创新能力。创新教育是以培养人的创新精神和创新能力为基本价值取向,使学生在系统地掌握学科知识的同时发展其创新能力。从经典物理学到量子力学的发展过程,就是物理学家不墨守成规,不抱住现成的理论不放,而是勇于创新的过程,在原子物理课程中就包含有许多具有许多创新精神的典型人物和典型事例。

1.卢瑟福的“核式模型”的建立

卢瑟福和他的助手们通过a粒子散射实验发现,a粒子散射绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,少数a粒子却发生了较大的偏转,极少数a粒子的偏转角超过了90°,个别的a粒子甚至被弹回。实验结果不能用汤姆逊的原子模型进行解释,但卢瑟福敢于对当时的原子物理学的权威——自己的老师汤姆逊的观点产生了怀疑,提出了全新的原子核式结构模型,很好地解释了实验现象,取得了重大突破,发展了原子物理学的理论。

2.玻尔理论的建立

卢瑟福的原子核式结构模型虽然能很好地解释了粒子大角度的偏转问题,但却跟经典的电磁理论发生了很大的矛盾。第一是不能解释原子的相对稳定性问题,第二是不能解释氢光谱的不连续性问题。玻尔面对自己的老师卢瑟福的原子模型的缺陷,敢于质疑、敢于提出新设想,大胆地将普朗克的量子观点运用到原子系统上,提出了三大假设:

(1)定态假设。原子存在着某些定态,在这些定态中不发射也不吸收电磁波。原子定态能量只能取某些分立的值:el,e2,e3,e4……这些定态能量叫作能级。

(2)频率条件。如果原子从能量为en的定态跃迁到em的稳定态,其能量差与发射或吸收光子的频率ν的关系为:en-em=hv,这是玻尔理论最基本的量子假设也是最核心、最富有独创性的内容。

(3)角动量量子化条件。在符合经典力学规律的一切可能轨道中,只有那些角动量l等于h整数倍的轨道才能实际存在并形成定态,这称为量子化条件。即:l=nη,n=1,2,3,…

这三大假设,确立了玻尔的原子结构模型,较好的解决了卢瑟福的模型所面临的困难。

3.电子自旋概念的提出。玻尔理论提出之后,人们对不能够比较满意地解释原子光谱的精细结构及反常塞曼效应规律感到十分困惑,引起了物理学界广泛的注意。1925年在荷兰莱登大学攻读学位的两位博士生乌伦贝克和古兹密特受到泡利不相容原理的启发,分析了原子光谱的一些实验结果,大胆地提出了前所未有的电子自旋假设:电子除了围绕原子核运动以外,还具有角动量量子数为半整数的自旋运动。电子自旋的提出,使困扰人们多年的光谱精细结构、历史遗留的元素周期表结构和反常塞曼效应等重大问题都获得了圆满的解释。

量子力学的发展史范文第5篇

《时间简史》是英国物理学家斯蒂芬·霍金创作的科学著作，首次出版于1988年。那么接下来给大家分享一些关于高二时间简史读后感2020，希望对大家有所帮助。

高二时间简史读后感1宇宙是无限的，所以存在着许多的奥秘。《时间简史》这本书便向我们阐述了宇宙的奥秘。作者在书中探讨了许多深奥并令人生畏的主题。其实，要想读懂这本书，还真不是一件容易的事呢!

读了这本书不仅让我明白了宇宙是怎样的，还让我明白了空间，时间，以及相对论等。在爱因斯坦以前，几乎所有人都认为时间和空间是绝对的。爱因斯坦所创立的相对论则告诉人们没有绝对的事物，一切都是相对的。他曾用最短且最通俗易懂的话解释过什么是相对论“如果你和你的朋友一起玩，不知不觉，你会发现时间过得很快，可你一个人在那里无聊，发呆，你会觉得时间过得非常慢”。就是这样简短的话勾起了我对科学的兴趣。

读了这本书后，我的脑子里便有许多疑问。宇宙有没有大爆炸?宇宙是否曾经是一个无限小的点?到底广义相对论准不准确?人类最远能达到宇宙的什么地方?黑洞到底是什么样的?难道光速真的是速度的极限以致黑洞是人们无法逾越的鸿沟?所有的问题都只能打上一个问号。但就是这些问号，深深地吸引着我，让我沉陷在想象的世界。或许随着科技的发展，将会有更多的伽利略站出来，让这些都成为已知的答案，一切都要交给时间。

这本书的作者更是让我敬佩的人，就是被称为“宇宙之王”的霍金，可是命运对霍金却是那么残酷。1963年，21岁的霍金在剑桥大学读研究生的时候，不幸患上了会导致肌肉萎缩的卢伽雷氏症，不久就完全瘫痪了，被长期禁锢在轮椅上。1985年，霍金因患肺炎做了穿气管手术，被剥夺了说话的功能。他在轮椅上坐了40年，全身只有3根手指能正常活动，就这样，他身残志不残，撰写了《时间简史》，让更多的人爱上了科学!为社会做出了巨大的贡献。

一个人只要肯努力，就没有不成功的事情。一定要相信自己啊，加油。

高二时间简史读后感2其实关注和阅读《时间简史》这本书，是一种从众心理的推动。该书自出版始，一直都在中文图书的畅销榜上。特别是去年霍金去世，人们又一次热议了《时间简史》。前些时候，首张黑洞照片公布于世，轰动一时，仿佛当下追逐科宙的科学奥秘是一种潮流。在这股潮流之下，自己也跟着在京东上拍下了这本《时间简史》，不然OUT了。但实际上，谁真正关心时间或其简史呢?可是人们总要致以关心，否则显得太落伍了。于是我们能够在各大书店的排行榜上看到《时间简史》总是排在畅销书的前几名，还是一些大众必读书单里的常客。如果《时间简史》的阅读率确实如此之高，那么量子力学或者广义相对论岂不是应该成为大众街谈巷议的基础议题了吗?然而事实上，好像是在阅读《时间简史》，却甚少进入到其中的真正议题，包括笔者本人，比较懵懂。

《时间简史》成为了一个时尚名词的集中领域，能成为个人所涉猎的篇目，那就足够了，这其实也是当下一种“急功近利”浮躁社会心理的折射，无形之中的时尚黑洞。言归正传，《时间简史》这本书中，霍金带领读者遨游外层空间奇异领域，对遥远星系、黑洞、夸克、“带味”粒子和“自旋”粒子、反物质、“时间箭头”等进行了深入浅出的介绍，并对宇宙是什么样的、空间和时间以及相对论等古老问题做了阐述，使读者初步了解狭义相对论以及时间、宇宙的起源等宇宙学的奥妙。书中讲述，时间起始点是宇宙大爆炸起点。宇宙是不断膨胀着的，它在最初应该收缩为一点，这一时刻被称为宇宙大爆炸时刻。宇宙在这一点的密度无穷大，这一点即为数学上所称的奇点。时间终结是黑洞。恒星由于引力作用会不断收缩，会形成一个“黑洞”。黑洞表面引力很强，时间会在此终止。没有了解过时间的历史，何以走向时间的未来呢?关于时间和空间的思考，过去与未来的认知，《时间简史》给出的更像是关于人类对超越自身思想束缚的突破史，毕竟如书中序言所说，对宇宙的认识，从古至今人类究竟有多确定呢?当我看完此书的最后一页，合上书，打开窗户遥望浩瀚的夜空——可以说的是，此书的每一个字我都懂，但其他就有点看懵了。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。。。。。。(喻凯)

高二时间简史读后感3在喜马拉雅听了《人类简史》和《未来简史》，系统自动给推荐了霍金的《时间简史》。试着听了三章，出乎意料地发现该书写得深入浅出，对原来觉得很玄妙的话题给出了非常简明扼要的叙述，让人脑洞大开。说完全能够听懂那是自欺欺人，但确实让人长了不少见识，了解到现代物理学的一些经典学说。后面一些难懂的章节只是跳着听，特别是基本粒子夸克部分，如同听天书，但终于还是囫囵吞枣听完了。

想起来未来简史作者的一个观点，即未来的宗教一定是来源于科学，其实在在《时间简史》这本书里很多关于宇宙起源时间的讨论都可以说上升到了哲学的高度，探索的是我们的世界从哪里来到哪里去这样基本的哲学命题，当然这里没有任何关于意识的讨论，仅仅是从物理的宇宙宏观到粒子微观的讨论，也涉及到了很多科学史的内容。

本质上这还是一本科普读物，向人们介绍物理学前沿的一些理论，但并没有任何数学推演(如果有，那就真成天书了)。而且书中内容也大部分限于作者的研究领域，向美剧《生活大爆炸》里Sheldon研究的弦理论，书中就没有提到(弦理论应该是在时间简史之后诞生的)。

说个书中的小细节：大爆炸理论的重要依据就是天文学家观察到几乎所有星球都在加速离开我们，那这是怎么观测到的呢?其实就是基于很简单的波源在运动中频率的变化(火车由远而近向你驶来时汽笛的声音会变尖)，又叫多普勒效应来判断的。既然星球都在加速离开我们，那是不是说明地球是宇宙的中心了呢?作者给了一个很形象比喻：一个正在充气膨胀的气球，在气球上每一个点上看，其他点都在远离自己。

霍金的后半生只能坐在轮椅上靠着机器合成的声音向人们发表些他的见解和预言，比如警告人们不要以向外太空发射电波的方式试图跟外星人联络(中国科幻作家获奖作品《三体》就描述了类似宇宙丛林法则和这样做的后果);还警告机器人的进化远远超出了生物进化的节奏，可能会最终取代人类。。。。

而今，霍金走了，大概上帝怕他泄漏太多天机。

高二时间简史读后感4这个暑假，读完了《时间简史》，我才知道自己在这个物理学大师面前是有多么的渺小，斯蒂芬霍金。大师带给我们的，是物理学的精华，根据他的文字，我有一些自己的想法。

首先是书里面提到的思想，这种思想对于现代物理学的进步有重大的意义，既将经典广义相对论与量子理论的结合。现代物理学近百年的发展史来看，许多人都在做类似的尝试，包括爱因斯坦他自己也在做与量子理论相和谐的相对论的延伸理论，不过他知难而退了，最后他把目光又放在了宇宙常数上，这是这个天才的失败之处。不少人为了量子理论和相对论的和谐，做了许多边缘学科，但我个人认为，都不如霍金大师做的那么彻底——量子引力论，量子是物质粒子的非连续运动，而所有的量子困惑都起源于这种非连续运动。量子理论与引力的结合，即量子引力理论，目前还处于研究阶段。这种理论的历史说来话长，着名的广义相对论家彭罗斯在昌德拉塞卡解出Dirac方程后，和霍金一道证明了黑洞的面积定理，随后霍金做出了黑洞热辐射定理，既从黑洞面积的非减性能让人自然而然的想起叫做熵的物理量，黑洞处也具有熵的特性。

从数学角度来看，不管量子引力论是不是大统一理论，但它有它的意义，对物理学有很好的影响。

霍金对于时间箭头的描述十分有趣，让我不禁想起曾经寻根究底的哲学与科学理论齐头并进的时代，但是现在科学对于哲学家来说，太具有数学化了，使得维特根斯坦都说：哲学只剩下了分析语言了。

时间箭头分为三种：

1、热力学箭头，根据热力学第二定律熵总是随着时间的推移而增加，反之时间随着熵的增加而推移。

2、心理学时间箭头，既我们认为时间的推移方向。

3、宇宙学时间箭头，宇宙随着时间的推移而膨胀，反之时间随着宇宙膨胀而推移。

由于用数学方法建立稳态的宇宙模型是非常艰难的一件事，所以，我们规定，我们的世界中时间算是实时间，我们可以假设有一种虚时间，用虚数来计量时间，在虚时间的宇宙里没有奇点，所以，在虚时间里，不会有任何科学定律被违反，但是在实时间里，注定会有一个奇点，科学定律注定会在此处被违反，但我们的疑惑是我们生活在的世界里，是否一定是实时间?我们目前的发现不足以证明我们的宇宙中存不存在奇点，这种将是个谜。

高二时间简史读后感5其实初读《时光简史》只是因为它是霍金的著作，只是为了在闲暇之余与朋友之间有一点谈资罢了，不得不说这样的科学著作实在难懂，相比我的张爱玲，三毛，刘墉来说却是枯燥了一些，但它仍深深的吸引了我。将我引向了充满幻想的未来。

说它单调是因为它没有平平仄仄的语调，没有风花雪月的场景，没有催人泪写的辞藻，但他，却拥有极严谨的的探索科学的态度，以一种严谨的口吻向我们叙述着蔚蓝的宇宙，神秘的黑洞。爸爸不止一次的提醒我说我再也看不懂这么深奥的著作，开始我还不以为然，渐渐的我发现我只能读懂其中一点，而绝大部分仍是懵懵懂懂。

斯蒂芬·威廉·霍金，一个极平凡的人，他因为在21岁时不幸患上了会使肌肉萎缩的卢伽雷氏症，所以被禁锢在轮椅上，只有三根手指可以活动。1985年，因患肺炎做了穿气管手术，彻底被剥夺了说话的功能，演讲和问答只能通过语音合成器来完成。但他的智慧弥补了先天的不足，轮椅上的他还是可爱的，值得我敬佩的。30岁，他考查黑洞附近的量子效应，发现黑洞会像黑体一样发出辐射，其辐射的温度和黑洞质量成反比，这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小，而温度却越变越高，最后以爆炸而告终。黑洞辐射的发现具有极其基本的意义，它将引力、量子力学和统计力学统一在一起。

霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才，也因为他是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。患有肌肉萎缩性侧索硬化症的他，几乎全身瘫痪，不能发音。但他仍出版了《时间简史》，成为全球最畅销的科普著作之一。对于这本书我实在做不出自己的评价，因为，可能在之后的几年，我才能读懂这本书，可是我能感受到这字里行间的一份坚持，一份严谨，甚至一份心酸。

其实更多的我将这本书当作科幻小说来看，书里就是一个未知的世界，《时间简史》中，霍金念念不忘的就是大统一理论，这是爱因斯坦未尽的梦想。霍金在本书中坦言，不能用单独的美妙的公式描述和预测宇宙的每一件事情，因为量子理论的测不准原理决定了宇宙是不确定性和确定性统一的。在本书中，霍金通过地图模型来说明宇宙的多样性可能需要一组理论来进行描述。