量子力学规律已深入到物理学各个领域,并正成功地应用于化学、生物、地球等领域,成为有力的理论工具,解决经典理论范围内无法解决的问题。不仅微观世界的运动被量子物理所支配,而且宏观世界的运动也为量子物理所支配。量子物理学已成为现代文明发展的基石,亦已成为进入科学和技术前沿问题研究的不可或缺的理论基础。
量子力学是物理学教育的关键课程,为泛物理学专业必修的专业基础课,同时也是其它文、理专业的重要的选修课程。掌握它的基本知识和手段,是进入物理学相关前沿问题研究的不可或缺的基础。它在物理学专业本科生人才培养上起着至关重要的作用。
量子力学课程大致可分为两部分,一为量子力学基础理论知识部分,另一部分为相关应用。在教学过程中,二者相互交织,有机融合。在本课程授课过程中,采用周世勋所著的量子力学教程作为教材。就教学内容而言,大致可以分为第一章量子物理基础部分,讨论了量子力学产生和发展的过程,主要内容包括光电效应 、黑体辐射、物质波。第二章和第三章部分,主要内容包括量子力学基本假定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ假定及具体应用,主要内容包括波函数的统计解释 、态叠加原理、薛定谔方程、定态薛定谔方程 、一维无限深势阱、动量算符本征值方程、厄米算符本征函数的正交性、算符与力学量的关系。第四章主要涉及量子力学的形式理论,主要内容包括态的表象、 力学量的表象、量子力学公式的矩阵表述、Dirac符号、占有数表象;第五章则主要涉及微扰论相关知识,主要内容包括非简并定态微扰理论,变分法、含时微扰等。第六章主要介绍了散射知识。第七章则介绍了量子力学基本假定Ⅴ和电子自旋相关知识,主要内容包括电子的自旋、电子的自旋算符和自旋波函数、角动量的合成、光谱精细结构、两电子自旋波函数,是为重点。
在教学过程中,第二章、第三章涉及到了量子力学五个基本假定,是量子力学的理论基础,为授课重点。另外由于学生初接触量子力学,由于量子力学概念和运动规律与经典物理大相径庭,并且很难具象化,因此学生理解起来很困难,所以以上章节也为教学难点,分配时间最多。第四章为形式理论,引入了态矢量,使得学生可以有更多的数学形式去表示量子力学规律,虽然涉及量子力学基本规律不变,但由于很难想象希尔伯特空间,是为难点,在授课时应注意。第五章和第六章都为具体应用,但因为涉及数学知识复杂,会稍微多分配一些教学时长。第七章教学内容为重点,由于学生在接触第七章,已经适应了量子力学的学习,并且数学计算并不十分困难,因此并不为难点。
从以上教学重点及时长分配来看,我们视频基本覆盖了量子力学所有重要知识点。通过以上视频的学习,学生应该能够基本掌握基本概念和基本原理以及数学计算。
本课程适用于应用物理学及相关专业第五或第六学期的本科全日制学生学习。主要教学方式为理论授课;课时为64课时,学习时长一个学期。
希望学生通过学习本课程视频,能够基本了解和掌握量子力学的基本概念、基本原理; 能够使用学过的数学方法(微分方程、线性代数、数理方程、复变理论等)解决一些量子力学问题;同时锻炼学生的抽象思维能力,能够将量子力学学到的解决问题的能力用于解决复杂工程问题。更重要的是能够通过视频的学习培养学生的自学能力和终身学习能力,能够批判性进行学习,从而发展独立科研能力。能独立地阅读教材、参考书及有关文献资料,并能在理解主要内容的基础上写出条理比较清楚的阅读笔记及小结。具有自主学习和终身学习的意识,有不断学习和适应发展的能力。
第一章 量子物理
第2节 物质波
第1节 经典物理学的困难
第二章 薛定谔方程
第1节 波函数的统计解释
第2节 态叠加原理
第3节 含时薛定谔方程
第4节 定态薛定谔方程
第5节 一维无限深势阱
第三章 算符和力学量的关系
第1节 算符与力学量的关系
第2节 厄米算符本征函数的正交归一性
第3节 动量算符本征函数
第四章 力学量表象
第1节 态的表象
第2节 力学量的表象
第3节 量子力学公式矩阵化表示
第4节 狄拉克符号
第5节 占有数表象
第五章 微扰论
第1节 非简并态微扰理论
第2节 变分法
第3节 含时微扰
第六章 自旋与全同粒子
第1节 电子的自旋
第2节 电子的自旋算符和自旋波函数
第3节 角动量的合成
第4节 光谱精细结构
第5节 俩电子自旋波函数
完成基础物理部分学习;
完成高等数学、线性代数的学习。
《量子力学教程》第二版 | 周世勋原著 陈灏修订 | 高等教育出版社 | 2009 | ||||
《量子力学教程》第二版 | 曾谨言 | 科学出版社 | 2008 | ||||
《量子力学》卷Ⅰ | 曾谨言 | 科学出版社 | 1997 | ||||
《量子力学》 | 钱伯初 | 高等教育出版社 | 2006 | ||||
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