19世纪末,人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统,于是经由物理学家的努力,在20世纪初创立量子力学,解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了通过广义相对论描写的引力外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。
量子理论的重要应用包括量子化学、量子光学、量子计算、超导磁体、发光二极管、激光器、晶体管和半导体如微处理器等。
主要知识点包括:
量子力学基本原理:实验基础、Hilbert空间、波函数、薛定谔方程、算符、表象变换、对称性与守恒律
一维定态问题:一般讨论、自由粒子、一维方势阱、谐振子、一维势垒
轨道角动量与中心势场定态问题:角动量对易关系、本征函数、中心势、三维方势阱、三维谐振子、氢原子
量子力学中的近似方法:定态微扰论、跃迁、散射。
全同粒子与自旋:全同性原理、自旋的表述、自旋与统计的关系、两个自旋的耦合、磁场与自旋的相互作用。
本课程有如下特色:
强调对物理概念的理解,强调对量子力学知识体系的整体理解与把握,在涉及关键的物理概念处,注意启发学生主动思考。可采取讨论课的方法,组织学生进行充分的研讨;
培养学生的科研能力,在课程中安排一部分课外作业,如课外作业五:中心势场处,就安排让同学查阅科技文献,尝试写论文;
采用计算机模拟试验课件,帮助学生加深对诸如粒子的波粒二象性及态的概率解释等难点问题的理解。
为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。
电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。
完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。
认证证书申请注意事项:
1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。
2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。
第一章 波函数与Schrodinger 方程
1.1 波函数的统计诠释 1.1.1 实物粒子的波动性
1.1.2 波粒二象性的分析
1.1.3 概率波,多粒子体系的波函数
1.1.4 动量分布概率
1.1.5 不确定性原理与不确定度关系
1.1.6 力学量的平均值与算符的引进
1.1.7 统计诠释对波函数提出的要求
1.2 Schrodinger方程 1.2.1 Schrodinger方程的引进
1.2.2 Schrodinger方程的讨论
1.2.3 能量本征方程
1.2.4 定态与非定态
1.2.5 多粒子体系的Schrodinger方程
1.3 量子态叠加原理
第一章作业
第2章 一维势场中的粒子
2.1 一维势场中粒子能量本征态的一般性质
2.2 方势 2.2.1 无限深方势阱,离散谱
2.2.2 有限深对称方势阱
2.2.3 束缚态与离散谱
2.2.4 方势垒的反射与透射
2.2.5 方势阱的反射、透射与共振
2.3 Delta势 2.3.1 Delta势的穿透
2.3.2 Delta势阱中的束缚态
2.3.3 Delta势与方势的关系,波函数微商的跃变条件
2.4 一维谐振子 (1)
2.4 一维谐振子 (2)
2.4 一维谐振子 (3)
第2章作业
测验 I
第3章 力学量用算符表达
3.1 算符的运算规则 (1)
3.1 算符的运算规则 (2)
3.1 算符的运算规则 (3)
3.2 厄米算符的本征值与本征函数
3.3 共同本征函数, 3.3.1 不确定度关系的严格证明
3.3.2 (l2,lx)的共同本征态,球谐函数
3.3.3 对易力学量完全集(CSCO), 3.3.4 量子力学中力学量用厄米算符表达
3.4 连续谱本征函数的“归一化, 3.4.1 连续谱本征函数是不能归一化的, 3.4.2 Delta函数
3.4.3 箱归一化
第三章作业
第4章 力学量随时间的演化与对称性
4.1 力学量随时间的演化 4.1.1 守恒量
4.1.2 能级简并与守恒量的关系
4.2 波包的运动,Ehrenfest定理
4.3 Schrodinger图像与Heisenberg图像
4.4 守恒量与对称性的关系(1)
4.4 守恒量与对称性的关系(2)
4.5 全同粒子体系与波函数的交换对称性 4.5.1 全同粒子体系的交换对称性
4.5.2 两个全同粒子组成的体系
4.5.3 N个全同Fermi子组成的体系, 4.5.4 N个全同Bose子组成的体系
第4章作业
测试2
第5章 中心力场
5.1 中心力场中粒子运动的一般性质 5.1.1 角动量守恒与径向方程
5.1.2 径向波函数在r→0邻域的渐近行为 5.1.3 两体问题化为单体问题
5.2 无限深球方势阱
5.3.1 三维各向同性谐振子 -- 球坐标
5.3.2 三维各向同性谐振子 -- 直角坐标
5.4 氢原子 (1)
5.4 氢原子 (2)
5.4 氢原子 (3)
第5章作业
第6章 电磁场中粒子的运动
6.1 电磁场中荷电粒子的运动,两类动量(1)
6.1 电磁场中荷电粒子的运动,两类动量(2)
6.2 正常zeeman效应
6.3 Landau能级
第6章作业
第7章量子力学的矩阵形式与表象变换
7.1 量子态的不同表象,幺正变换 I
7.1 量子态的不同表象,幺正变换 II
7.2 力学量(算符)的矩阵表示
7.3 量子力学的矩阵形式
7.4 Dirac符号, 7.4.1 右矢(ket)与左矢(bra) ;7.4.2 标积
7.4.3 态矢在具体表象中的表示
7.4.4 算符在具体表象中的表示 I
7.4.4 算符在具体表象中的表示 II
7.4.5 Schrodinger方程 & 7.4.6 表象变换
7.4.7 坐标表象与动量表象
第7章作业
第8章 自旋
8.1电子自旋态与自旋算符 8.1.1电子自旋态的描述
8.1.2电子自旋算符,Pauli矩阵 (1)
8.1.2电子自旋算符,Pauli矩阵 (2)
8.2总角动量的本征态 (1)
8.2总角动量的本征态 (2)
8.3碱金属原子光谱的双线结构与反常Zeeman效应
8.4多电子体系的自旋态,纠缠态
第8章作业
第8章 作业2
第9章力学量本征值问题的代数解法
9.1谐振子的Schrodinger因式分解法
9.2角动量的本征值与本征态 (1)
9.2角动量的本征值与本征态 (2)
第9章作业
测试3
第10章微扰论
10.1束缚态微扰论 10.1.1非简并态微扰论
10.1.2简并态微扰论 (1)
10.1.2简并态微扰论 (2)
10.1.2简并态微扰论 (3)
10.2散射态微扰论 10.2.1散射态的描述
10.2.2 Lippman—Schwinger方程
10.2.3 Born近似
10.2.4全同粒子的散射
第10章作业
10.6题
第11章量子跃迁
11.1量子态随时间的演化 11.1.1 Hamilton量不含时的体系
11.1.2 Hamilton量含时体系的量子跃迁的微扰论
11.1.3量子跃迁理论与定态微扰论的关系
11.2突发微扰与绝热微扰
11.3周期微扰,有限时间内的常微扰
11.4能量一时间不确定度关系
11.5光的吸收与辐射的半经典理论 11.5.1 光的吸收和受激辐射
11.5.2 自发辐射的Einstein理论
第11章作业