《大学物理-近代物理》教 学 大 纲

                                  (编写：北京理工大学大学物理教研室)

一、目的与任务

        量子力学和相对论统称为近代物理学，是20世纪物理学最伟大的发现，没有它们就不会有今天的计算机、激光、核能、纳米、宇宙探索等各种各样的高新技术。

        本课程在相对论部分着重阐明狭义相对论的基本原理及其在物理学中的重要意义。关于洛仑兹变换、时空观和时空几何的讨论，如同时性的相对性和动钟变慢和长度缩短及动力学方面的内容如相对论质量和动量、相对论能量的学习，都有助于大家加深对狭义相对论的理解。在量子物理部分我们将大至顺着人类对微观粒子本性认识的发展历史，通过黑体辐射规律、光电效应现象、康普顿效应、粒子的波动性等这些对经典物理而言是不可思议的怪事。着重引入普朗克、爱因斯坦、德布罗意、玻恩、海森伯等相继提出的量子物理中一些基本概念、规律和方法，使同学们从中体会和欣赏微观世界的和谐与优美。

二、教学内容

第一章 狭义相对论力学基础 

1.1 狭义相对论的基本原理

1.1.1 绝对时空观和伽利略变换

1.1.2 爱因斯坦相对性原理和光速不变原理 

1.2 洛伦兹变换

1.3 时间延缓和长度收缩

1.3.1 同时的相对性

1.3.2 时间延缓

1.3.3 长度收缩

1.3.4 因果律 

1.4 相对论速度变换

1.5 相对论动力学基础

1.5.1 相对论动量和质量

1.5.2 质能关系

1.5.3 相对论能量和动量的关系 

1.6 广义相对论简介

第二章 微观粒子的波粒二象性 

2.1 黑体辐射和能量子假设

2.1.1 黑体辐射

2.1.2 普朗克能量子假设 

2.2 光的粒子性

2.2.1 光电效应

2.2.2 爱因斯坦光子假说和光电效应方程

2.2.3 康普顿效应

2.2.4 光的波粒二象性

2.3 氢原子光谱

2.3.1 氢原子光谱的规律性

2.3.2 玻尔的氢原子理论 

2.4 粒子的波动性与波函数

2.4.1 德布罗意波

2.4.2 德布罗意波的实验验证

2.4.3 波函数的统计解释

2.4.4 自由粒子波函数 

2.5 不确定关系

第三章 薛定谔方程及其应用 

3.1 薛定谔方程

3.1.1 自由粒子薛定谔方程

3.1.2 薛定谔方程和哈密顿量

3.1.3 定态薛定谔方程

3.2 一维势场中的粒子

3.2.1 一维无限深方势阱中的粒子

3.2.2 势垒贯穿

3.2.3 简谐振子 

3.3 原子中的电子

3.3.1 氢原子

3.3.2 电子自旋和泡利不相容原理

3.3.3 四个量子数和原子的壳层结构 

3.4* 激光

3.4.1 激光的产生

3.4.2 激光的特性

3.4.3 激光的应用：激光冷却

第四章 固体物理基础 

4.1 金属中的自由电子

4.1.1 自由电子气模型

4.1.2 自由电子气的费米能量公式

4.1.3 态密度、费米-狄拉克分布 

4.2 固体能带理论

4.2.1 固体的能带

4.2.2 价带、导带和禁带

4.2.3 导体、绝缘体和半导体 

4.3 半导体

4.3.1 半导体分类

4.3.2 PN结

4.3.3 半导体器件

三、大纲说明

1.本大纲根据国家教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会于2008年颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》，参照国际相应课程的教学内容编制而成。

2.本大纲面向工科学生和非物理专业的理科学生。

3.通过本课程的学习，应使学生初步具备以下能力：

1)根据物理学的理论、观点、方法，利用矢量代数、矢量分析和微积分等数学工具，分析研究计算一般难度的物理问题；

2)掌握基本物理模型，了解物理学中建立模型的意义；根据具体情况，进行简单、合理的模型设计；

3)独立阅读有关参考书，文献资料，并会写出笔记或读书心得。