量子力學的基本理論精選(九篇)

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第1篇：量子力學的基本理論范文

【關鍵詞】量子力學；實驗教學；改革

中圖分類號：041 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）04-193-01

一、引言

作為現代物理學和現代科學技術的理論基礎，量子力學將物質的波動性與粒子性統一起來，是研究微觀粒子運動規律的物理學分支學科。很多教師在上課時只著重于講授理論體系本身的知識，往往忽略了理論和實驗的緊密聯系，從而導致它的實驗建設一直是本課程建設的薄弱環節。充分考慮到該門課程的性質和特點，我們在教學中借鑒了工科教學的模式重點圍繞“培養學生物理應用的慣性意識與掌握量子力學基本概念和規律”的目標開展了三類不依賴于儀器設備和環境條件的實驗，以切實貫徹“德育為先、能力為重”和“育人為本”的原則。

二、量子力學的實驗教學

為了讓學生從思想上接受并理解量子觀念，在學習中透過復雜的數學計算深入理解量子力學的概念和規律，并能主動積極地思考、解決相關問題，我們構建了由思想、演示與創新性實驗組成的課內課外教學平臺，以輔助量子力學的理論教學過程。

思想實驗，又稱“假想實驗”，是人類按照科學研究的實驗過程在頭腦中進行的發現和獲取科學事實與自然規律的邏輯思維活動，是自然科學家和哲學家經常使用的一種十分有效的研究方法。由于不會受到主客觀條件及儀器設備的操作限制，思想實驗可以為學生的思維互動啟發提供有利的平臺。事實上，在量子力學建立與發展的過程中，很多思想實驗都起到了重要的推動作用。例如作為量子力學的創始人之一，奧地利物理學家埃爾溫?薛定諤提出了著名的“薛定諤之貓”的思想實驗，它將量子理論微觀領域中原子核衰變的量子不確定性與宏觀領域中貓的生死聯系在了一起，充分體現了量子力學的奇異性。通過在課堂教學中講授諸如此類的思想實驗可以給學生提供一個動腦“做”理論的機會，這樣不僅可以使學生從理性的角度接受量子力學的基本思想并深入理解量子力學的基本概念和基本理論，還可以激發他們對課程的學習興趣，在無形中培養他們的理性思維、邏輯思維、創新意識和推理能力。

演示實驗，即教師在課堂上借助視頻、計算機模擬等手段演示實驗過程，展示物理現象，引導學生觀察、思考、分析并得出結論的過程。量子力學的建立離不開很多重要實驗的支撐，如黑體輻射、光電效應等。其中一些實驗由于條件及經費的限制目前無法在實驗室開展，所以我們可以充分利用豐富的網絡資源及Matlab等數學軟件構建演示實驗的平臺，給學生提供一個動眼“做”理論的機會。一方面，通過播放演示實驗的視頻重現實驗過程，加強引導學生對實驗的條件、思路和方法等進行思考和分析，培養學生的實驗素養和強化他們的實驗技能，幫助他們增加感性認識，使他們體會科學的發展過程，克服抽象的物理圖景給他們帶來的困擾。另一方面，通過利用數學軟件實現對量子力學課程中一些問題的靜、動態數值模擬，將抽象的量子力學結果形象直觀化，幫助學生透過復雜的數學公式推導深入、形象地認識微觀粒子的特征，使他們深入理解量子力學的基本原理和基本概念，提高他們運用物理思想進行綜合分析的能力。

知識的獲得是為了更好地服務于實踐，因此為了讓學生能將量子力學中所學到的基本理論運用于實踐，我們在該門課程的教學中還開設了創新性實驗，為學生提供動手“做”理論的機會。首先教師在課堂的教學中始終貫徹科研促教學的思想，有意識地結合具體的教學內容進行近代物理前沿知識的滲透。然后鼓勵學生根據自己的實際情況與興趣并結合畢業論文自由組合選擇相應的小課題在教師的指導下進行專題研究，同時對于一些學生在平時教學過程中反映出來的理解上比較模糊或難以理解的部分定期組織專題討論。該類實驗的開設為學生提供了實踐的自由發揮空間，可以初步培養學生的數理分析能力與結合自己的興趣自我發現問題并解決與專業相關領域實際問題的能力及撰寫科研論文的能力，同時還增強了學生對量子力學課程學習的興趣和團結協作精神。

第2篇：量子力學的基本理論范文

關鍵詞 物理學 分析 前景

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A

Physics Professional Analysis

ZENG Daimin[1], LI Yong[2]

([1]Physics Department, Physics College, Chongqing University, Chongqing 400040;

[2]State Intellectual Property Bureau Patent Examination Coordination Center, Beijing 100190)

AbstractThis paper combine with the cultivation of students in Physics professional, takes a professional analysis on Physics major, including Physics professional direction settings, course setting, and cultivating specification as well as employment prospects of the students.

Key wordsPhysics; analyse; prospects

物理學是研究物質運動和相互作用的規律的科學，是除數學外最基本的一門學科。物理運動是自然界最普遍的一種現象，因此物理學研究的對象和內容就是宇宙間各種物質的性質、存在狀態、各種物理運動形式及其轉化現象、物質的內部結構及這些內部結構的組成部分，物理領域的各種基本相互作用及其規律。由于一切物理現象都在時間、空間中表現出來和發生運動和轉化，所以物理學也要研究時間和空間的性質、聯系等。 進行物理學研究，首先是觀察各種客觀物理現象，再從許多表象性的現象中，揭示基本規律，建立較為系統的理論。物理學研究除了要依靠好的科學方法外，還要取決于認知工具。工具越先進，研究效率越高，成果越顯著。 物理學在發展過程中形成了一套完整的科學方法，它對其他學科的研究，乃至哲學發展，都有重要意義。①重慶大學物理學專業從2008年開始正式招生，到現在，第一屆學生即將進入大四。通過這幾年對物理學專業學生的培養，我們有一些體會，與同行共勉。

1 專業方向設置

1.1 理論物理方向

理論物理學從各類物理現象的普遍規律出發，運用數學理論和方法，系統深入的闡述有關概念，現象及其應用。理論物理是從理論上探索自然界未知的物質結構、相互作用和物質運動的基本規律的學科。理論物理的研究領域涉及物理學所有分支的基本理論問題。理論物理是在實驗現象的基礎上，以理論的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子等物質運動的基本規律，從而解決學科本身和在高科技探索中提出的基本理論問題。重慶大學物理學院理論物理方向目前包括：高能物理、引力波、天體物理、量子信息與量子通信等幾個分支。

1.2 凝聚態物理方向

凝聚態物理學是從微觀角度出發，研究由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態的結構、動力學過程及其與宏觀物理性質之間的聯系的一門學科。凝聚態物理是以固體物理為基礎的外向延拓。凝聚態物理的研究對象除晶體、非晶體與準晶體等固相物質外還包括從稠密氣體、液體以及介于液態和固態之間的各類居間凝聚相，例如液氦、液晶、熔鹽、液態金屬、電解液、玻璃、凝膠等。經過半個世紀的發展，目前已形成了比固體物理學更廣泛更深入的理論體系。特別是上世紀八十年代以來，凝聚態物理學取得了巨大進展，研究對象日益擴展，更為復雜。一方面傳統的固體物理各個分支如金屬物理、半導體物理、磁學、低溫物理和電介質物理等的研究更深入，各分支之間的聯系更趨密切；另一方面許 多新的分支不斷涌現，如強關聯電子體系物理學、無序體系物理學、準晶物理學、介觀物理與團簇物理等。從而使凝聚態物理學成為當前物理學中最重要的分支學科之一。由于凝聚態物理的基礎性研究往往與實際的技術應用有著緊密的聯系，凝聚態物理學的成果是一系列新技術、新材料和新器件，在當今世界的高新科技領域起著關鍵性的不可替代的作用。

2 主干課程設置

重慶大學物理學專業的主干課程有力學：使學生比較系統地掌握力學基礎知識，且能比較靈活加以應用。培養學生獨立分析問題與解決問題能力，初步培養學生的唯物主義世界觀。主要內容有質點運動學、牛頓運動定律、動量守恒定律和動量定理、功和能與碰撞問題、角動量、剛體力學、振動和波。熱學：使學生掌握物質熱運動形態的規律性和熱運動與機械運動，電磁運動等其它基本運動形式之間轉化的規律性。掌握統計規律性和統計的方法以及物性方面的知識，培養學生分析問題和解決問題的能力。主要內容有熱力學第零、第一、第二定律和熵、分子運動論、輸運過程、固體和液體及相變。電磁學：使學生全面地、系統地了解和掌握電磁運動的基本現象、基本概念和基本規律，具有一定的分析和解決電磁問題的能力，為后繼課程奠定必要的基礎。主要內容有靜電場、靜電場中導體和電介質。穩恒電流、穩恒磁場、電磁感應、磁介質、交流電初步、麥克斯韋電磁理論和電磁波、電磁單位制。光學：使學生比較系統地掌握光學的基本知識，主要講授幾何光學、波動光學、量子光學初步和光學應用。原子物理學：使學生掌握原子結構的性質和一般規律，掌握和了解核的性質與核能利用，了解粒子的基本性質。講授盧瑟福模型、氫原子的玻爾理論、量子力學初步、原子的精細結構、多電子原子、X射線、原子核物理概論。理論力學：使學生掌握力學的基本理論，培養學生理性思維能力。講授質點力學、質點組力學、剛體力學、非慣性系動力學與分析力學等基本理論。熱力學與統計物理：使學生掌握物質的熱運動規律及熱運動對物質宏觀性質的影響。講授熱力學的基本定律，熱力學函數、平衡及穩定條件，相平衡及化學平衡，不可逆過程熱力學，最可幾統計法――玻爾茲曼分布、費米分布、玻色分布，氣體和固體的熱容量理論，金屬中的電子氣體、平衡輻射，系統理論，熱力學的統計表達式，非理想氣體態式，漲落理論，非平衡態統計物理簡介。電動力學：使學生掌握電磁場的基本屬性及運動規律以及它和帶電物質之間的相互作用。講授電磁現象的普遍規律，靜電場和穩定電流磁場，電磁波的傳播，電磁波的輻射，狹義相對論及帶電粒子和電磁場的相互作用。量子力學：了解微觀客體運動特點，初步掌握量子力學的基本原理和方法。課程內容包括波函數、薛定鄂方程，量子力學中的力學量，態和表象理論，微擾理論等。固體物理：初步掌握固體物理的基本原理和特點。課程內容包括晶體、晶體的缺陷和擴散、晶體振動、相圖、能帶論、金屬和半導體電子論、固體的磁性和介電性等。數學物理方法：掌握有關復變函數、復變函數的積分、冪級數展開、留數定理、傅里葉級數、積分變換、數學物理方程定解問題、分離變數法、二階常微分方程的級數解法、本征值問題、球函數、柱函數、格林函數、積分變換法等數學物理方法的基本知識。

3 培養規格及要求

通過四年的物理學專業學習，要求學生掌握數學的基本理論和基本方法，具有較高的數學修養；掌握堅實的、系統的物理學基礎理論及較廣泛的物理學基本知識和基本實驗方法，具有一定的基礎科學研究能力和應用開發能力；了解相近專業的一般原理和知識；了解物理學發展的前沿和科學發展的總體趨勢；了解國家科學技術、知識產權等有關政策和法規；掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有一定的實驗設計，創造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結果，撰寫論文，參與學術交流的能力。具有計算機應用的基本技能。較熟練地掌握一門外國語言，具有良好的聽、讀、寫作和會話能力，能夠較順利地閱讀本專業的外文資料。

4 學生就業前景分析

重慶大學物理學專業的培養目標是：培養具有寬厚扎實的物理學基礎、綜合素質優秀，并且具有良好數學基礎和實驗技能，能在物理學或相關科學技術領域中從事科研、教學、技術和相關管理工作的高素質專門人才；培養良好的創新意識和科學的思維方式，以及分析和解決實際問題的能力以適應學科交叉和社會的各種需要。

物理學專業學生畢業后主要從事以下一些行業：（1）繼續物理方向的深造，成為一名物理學家、物理教師。（2）從事與物理相關的一些工作，如技術工程師、發明家、研究助理等。（3）與物理關系不大的一些行業，如公務員、管理人員等。就業領域主要是：科研院所、高等院校、企事業單位、政府機關等。

總之，重慶大學成立物理學專業的主要目的是發現與培養真正熱愛物理的好苗子，讓他們打好基礎，再繼續深造，為物理學的發展做出貢獻。在學習的過程中，有部分同學發現自己并不是很適合學物理，可以申請轉專業，找到適合自己發展的方向。最后留下來的絕大部分同學都會繼續讀研深造，向著他們心中神圣的物理殿堂繼續努力。實踐表明，物理學專業的學生物理基礎打得非常堅實，為將來的繼續深造做好了準備，即將畢業的學生將有部分保送到中國科學院及各大高校，其余的同學也成為了本校碩士生導師爭搶的對象。物理學專業的培養是成功的，并且也已經成為重慶大學的一個優勢特色專業，它將為全國培養和輸送更多、更好的物理方面人才。

基金項目：重慶大學人才引進科研啟動基金（0903005104675）資助

第3篇：量子力學的基本理論范文

【關鍵詞】量子;通信;技術;發展

對量子信息進行研究是將量子力學作為研究基礎，根據量子并行、糾纏以及不可克隆特性，探索量子編碼、計算、傳輸的可能性，以新途徑、思路、概念打破原有的芯片極限。從本質來說：量子信息是在量子物理觀念上引發的效應。它的優勢完全來源于量子并行，量子糾纏中的相干疊加為量子通訊提供了依據，量子密碼更多的取決于波包塌縮。理論上，量子通信能夠實現通信過程，最初是通過光纖實現的，由于光纖會受到自身與地理條件限制，不能實現遠距離通信，所以不利于全球化。到1993年，隱形傳輸方式被提出，通過創建脫離實物的量子通信，用量子態進行信息傳輸，這就是原則上不能破譯的技術。但是，我們應該看到，受環境噪聲影響，量子糾纏會隨著傳輸距離的拉長效果變差。

一、量子通信技術

（一）量子通信定義

到目前為止，量子通信依然沒有準確的定義。從物力角度來看，它可以被理解為物力權限下，通過量子效應進行性能較高的通信;從信息學來看，量子通信是在量子力學原理以及量子隱形傳輸中的特有屬性，或者利用量子測量完成信息傳輸的過程。

從量子基本理論來看，量子態是質子、中子、原子等粒子的具體狀態，可以代表粒子旋轉、能量、磁場和物理特性，它包含量子測不準原理和量子糾纏，同時也是現代物理學的重點。量子糾纏是來源一致的一對微觀粒子在量子力學中的糾纏關系，同時這也是通過量子進行密碼傳遞的基礎。Heisenberg測不準原理作為力學基本原理，是同一時刻用相同精度對量子動量以及位置的測量，但是只能精確測定其中的一樣結果。

（二）量子通信原理

量子通信素來具有速度快、容量大、保密性好等特征，它的過程就是量子力學原理的展現。從最典型的通信系統來說具體包含：量子態、量子測量容器與通道，擁有量子效應的有：原子、電子、光子等，它們都可以作為量子通信的信號。在這過程中，由于光信號擁有一定的傳輸性，所以常說的量子通信都是量子光通信。分發單光子作為實施量子通信空間的依據，利用空間技術能夠實現空間量子的全球化通信，并且克服空間鏈路造成的距離局限。

利用糾纏量子中的隱形量子傳輸技術作為未來量子通信的核心，它的工作原理是：利用量子力學，由兩個光子構成糾纏光子，不管它們在宇宙中距離多遠，都不能分割狀態。如果只是單獨測量一個光子情況，可能會得到完全隨機的測量結果;如果利用海森堡的測不準原理進行測量，只要測量一個光子狀態，縱使它已經發生變化，另一個光子也會出現類似的變化，也就是塌縮。根據這一研究成果，Alice利用隨機比特，隨機轉換已有的量子傳輸狀態，在多次傳輸中，接受者利用量子信道接收;在對每個光子進行測量時，同時也隨機改變了自己的基，一旦兩人的基一樣，一對互補隨機數也就產生。如果此時竊聽者竊聽，就會破壞糾纏光子對，Alice與Bob也就發覺，所以運用這種方式進行通信是安全的。

（三）量子密碼技術

從Heisenberg測不準原理我們可以知道，竊聽不可能得到有效信息，與此同時，竊聽量子信號也將會留下痕跡，讓通信方察覺。密碼技術通過這一原理判別是否存在有人竊取密碼信息，保障密碼安全。而密鑰分配的基本原理則來源于偏振，在任意時刻，光子的偏振方向都擁有一定的隨機性，所以需要在糾纏光子間分設偏振片。如果光子偏振片與偏振方向夾角較小時，通過濾光器偏振的幾率很大，反之偏小。尤其是夾角為90度時，概率為0;夾角為45度時，概率是0.5，夾角是0度時，概率就是1;然后利用公開渠道告訴對方旋轉方式，將檢測到的光子標記為1，沒有檢測到的填寫0，而雙方都能記錄的二進制數列就是密碼。對于半路監聽的情況，在設置偏振片的同時，偏振方向的改變，這樣就會讓接受者與發送者數列出現差距。

（四）量子通信的安全性

從典型的數字通信來說：對信息逐比特，并且完全加密保護，這才是實質上的安全通信。但是它不能完全保障信息安全，在長度有限的密文理論中，經不住窮舉法影響。同時，偽隨機碼的周期性，在重復使用密鑰時，理論上能夠被解碼，只是周期越長，解碼破譯難度就會越大。如果將長度有限的隨機碼視為密鑰，長期使用雖然也會具有周期特征，但是不能確保安全性。

從傳統的通信保密系統來看，使用的是線路加密與終端加密整合的方式對其保護。電話保密網，是在話音終端上利用信息通信進行加密保護，而工作密鑰則是偽隨機碼。

二、量子通信應用與發展

和傳統通信相比，量子通信具有很多優勢，它具有良好的抗干擾能力，并且不需要傳統信道，量子密碼安全性很高，一般不能被破譯，線路時延接近0，所以具有很快的傳輸速度。目前，量子通信已經引起很多軍方和國家政府的關注。因為它能建立起無法破譯的系統，所以一直是日本、歐盟、美國科研機構發展與研究的內容。

在城域通信分發與生成系統中，通過互聯量子路由器，不僅能為任意量子密碼機構成量子密碼，還能為成對通信保密機利用，它既能用于逐比特加密，也能非實時應用。在嚴格的專網安全通信中，通過以量子分發系統和密鑰為支撐，在城域范疇，任何兩個用戶都能實現逐比特密鑰量子加密通信，最后形成安全性有保障的通信系統。在廣域高的通信網絡中，受傳輸信道中的長度限制，它不可能直接創建出廣域的通信網絡。如果分段利用量子密鑰進行實時加密，就能形成安全級別較高的廣域通信。它的缺點是，不能全程端與端的加密，加密節點信息需要落地，所以存在安全隱患。目前，隨著空間光信道量子通信的成熟，在天基平臺建立好后，就能實施范圍覆蓋，從而拓展量子信道傳輸。在這過程中，一旦量子中繼與存儲取得突破，就能進一步拉長量子信道的輸送距離，并且運用到更寬的領域。例如：在潛安全系統中，深海潛艇與岸基指揮一直是公認的世界難題，只有運用甚長波進行系統通信，才能實現幾百米水下通信，如果只是使用傳統的加密方式，很難保障安全性，而利用量子隱形和存儲將成為開辟潛通的新途徑。

三、結束語

量子技術的應用與發展，作為現代科學與物理學的進步標志之一，它對人類發展以及科學建設都具有重要作用。因此，在實際工作中，必須充分利用通信技術，整合國內外發展經驗，從各方面推進量子通信技術發展。

參考文獻

[1]徐啟建，金鑫，徐曉帆等.量子通信技術發展現狀及應用前景分析[J].中國電子科學研究院學報，2009，4（5）：491-497.

第4篇：量子力學的基本理論范文

二十世紀即將結，二十一世紀即將來臨，二十世紀是光輝燦爛的一個世紀，是個類社會發展最迅速的一個世紀，是科學技術發展最迅速的一個世紀，也是物理學發展最迅速的一個世紀。在這一百年中發生了物理學革命，建立了相對信紙和量子力學，完成了從經典物理學到現代物理學的轉變。在二十世紀二、三十年代以后，現代物理學在深度和廣度上有了進一步的蓬勃發展，產生了一系列的新學科的交叉學科、邊緣學科，人類對物質世界的規律有了更深刻的認識，物理學理論達到了一個新高度，現代物理學達到了成熟的階段。

在此世紀之交的時候，人們自然想展望一下二十一世紀物理學的發展前景，探索今后物理學發展的方向。我想談一談我對這個問題的一些看法和觀點。首先，我們來回顧一下上一個世紀之交物理學發展的情況，把當前的情況與一百年前的情況作比較對于探索二十一世紀物理學發展的方向是很有幫助的。

一、歷史的回顧

十九世紀末二十世紀初，經典物物學的各個分支學科均發展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學和統計力學的建立以及麥克斯韋電磁場理論的建立，經典物理學達到了它的頂峰，當時人們以系統的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經觀察到的物理現象。由于經典物理學的巨大成就，當時不少物理學家產生了這樣一種思想：認為物理學的大廈已經建成，物理學的發展基本上已經完成，人們對物理世界的解釋已經達到了終點。物理學的一些基本的、原則的問題都已經解決，剩下來的只是進一步精確化的問題，即在一些細節上作一些補充和修正，使已知公式中的各個常數測得更精確一些。

然而，在十九世紀末二十世紀初，正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際，科學實驗卻發現了許多經典物理學無法解釋的事實。首先是世紀之交物理學的三大發現：電子、X射線和放射性現象的發現。其次是經典物理學的萬里晴空中出現了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結果”和黑體輻射的“紫外災難”。[1]這些實驗結果與經典物理學的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經典物理學的傳統觀念受到巨大的沖擊，經典物理發生了“嚴重的危機”。由此引起了物理學的一場偉大的革命。愛因斯坦創立了相對論；海林堡、薛定諤等一群科學家創立了量子力學?，F代物理學誕生了！

把物理學發展的現狀與上一個世紀之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之外，也有不同之處。

在相對論和量子力學建立起來以后，現代物理學經過七十多年的發展，已經達到了成熟的階段。人類對物質世界規律的認識達到了空前的高度，用現有的理論幾乎能夠很好地解釋現在已知的一切物理現象?？梢哉f，現代物理學的大廈已經建成。在這一點上，目前有情況與上一個世紀之交的情況很相似。因此，有少數物理學家認為今后物理學不會有革命性的進展了，物理學的根本性的問題、原則問題都已經解決了，今后能做到的只是在現有理論的基礎上在深度和廣度兩方面發展現代物理學，對現有的理論作一些補充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經驗，多數物理學家并不贊成這種觀點，他們相信物理學遲早會有突破性的發展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學領域中有一些物理現象是現代物理學的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴重到了非要徹底改造現有理認紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個世紀之交的情況不同。在上一個世紀之交，經典物理學發生了“嚴重的危機”；而在本世紀之交，現代物理學并無“危機”。因此，我認為目前發生現代物理學革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學領域中有一些物理現象是現代物理學的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴重到了非要徹底改造現有理認紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個世紀之交的情況不同。在上一個世紀之交，經典物理學發生了“嚴重的危機”；而在本世紀之交，現代物理學并無“危機”。因此，我認為目前發生現代物理學革命的條件似乎尚不成熟。客觀物質世界是分層次的。一般說來，每個層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個層次）構成。從一定意義上說，宏觀與微觀是相對的，宏觀體系由大量的微觀系統構成。物質世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學研究的目的包括：探索各層次的運動規律和探索各層次間的聯系。

回顧二十世紀物理學的發展，是在三個方向上前進的。在二十一世紀，物理學也將在這三個方向上繼續向前發展。

1）在微觀方向上深入下去。在這個方向上，我們已經了解了原子核的結構，發現了大量的基本粒子及其運規律，建立了核物理學和粒子物理學，認識到強子是由夸克構成的。今后可能會有新的進展。但如果要探索更深層次的現象，必須有更強大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務，所以我認為近期內在這個方向上難以有突破性的進展。

2）在宏觀方向上拓展開去。1948年美國的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當時并未引起重視。1965年美國的彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測結果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝彥和美國的古斯同時提出暴脹理論。八十年代以后，英國的霍金[2,3]等人開始論述宇宙的創生，認為宇宙從“無”誕生，今后在這個方向上將會繼續有所發展。從根本上來說，現代宇宙學的繼續發展有賴于向廣漠的宇宙更遙遠處觀測的新結果，這需要人類制造出比哈勃望遠鏡性能更優越得多的、各個波段的太空天文望遠鏡，這是很艱巨的任務。

我個人對于近年來提出的宇宙創生學說是不太信的，并且認為“大爆炸”理論只是對宇宙的一個近似的描述。因為現在的宇宙學研究的只是我們能觀測到的范圍以內的“宇宙”，而我相信宇宙是無限的，在我們這個“宇宙”以外還有無數個“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的?，F代宇宙學只研究我們這個“宇宙”，當然只能得到近似的結果，把他們的延伸到“宇宙”創生了初及遙遠的未來，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯系。

這正是統計物理學研究的主

要內容。二十世紀在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態統計物理學有了得大的發展，然后建立了“耗散結構”理論、協同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發展起來了。近年來把這些分支學科都納入非線性科學的范疇。相信在二十一世紀非線性科學的發展有廣闊的前景。

上述的物理學的發展依然現代物理學現有的基本理論的框架內。在下個世紀，物理學的基本理論應該怎樣發展呢？有一些物理學家在追求“超統一理論”。在這方面，起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學家努力探索“統一場論”；直到1967、1968年，美國的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學家正在探索加上強力的“大統一理論”以及再加上引力把四種力都統一起來的“超統一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛因斯坦當初探索“統一場論”是基于他的“物理世界統一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒有成功。我對此有不同的觀點，根據辯證唯物主義的基本原理，我認為“物質世界是既統一，又多樣化的”。且莫論追求“超統一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學發展的終點。因為“在絕對的總的宇宙發展過程中，各個具體過程的發展都是相對的，因而在絕對真理的長河中，人們對于在各個一定發展階段上的具體過程的認識只具有相對的真理性。無數相對的真理之總和，就是絕對的真理。”“人們在實踐中對于真理的認識也就永遠沒有完結。”[5]

現代物理學的革命將怎樣發生呢？我認為可能有兩個方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現在我們不知道。我的直覺是：將來最早發現的第五種力可能存在于生命現象中。物質構成了生命體之后，其運動和變化實在太奧妙了，我們沒有認識的問題實在太多了，我們今天對于生命科學的認識猶如亞里斯多德時代的人們對于物理學的認識，因此在這方面取得突破性的進展是很可能的。我認為，物理學業與生命科學的交叉點是二十一世紀物理學發展的方向之一，與此有關的最關于復雜性研究的非線性科學的發展。

2）現代物理學理論也只是相對真理，而不是絕對真理。應該通過審思現代物理學理論基礎的不完善性來探尋現代物理學革命的突破口，在下一節中將介紹我的觀點。

三、現代物理學的理論基礎是完美的嗎？

相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎是否十全十美的

呢？我們來審思一下這個問題。

1）對相對論的審思

當年愛因斯坦就是從關于光速和關于時間要領的思考開始，創立了狹義相對論[1]。我們今天探尋現代物理學革命的突破口，也應該從重新審思時空的概念入手。愛因勞動保護坦創立狹義相對論是從講座慣性系中不同地點的兩個“事件”的同時性開始的[4]，他規定用光信號校正不同地點的兩個時鐘來定義“同時”，這樣就很自然地導出了洛侖茲變換，進一步導致一個四維時空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛因勞動保護擔提出用光信號來校正時鐘，而不用別的信號呢？在他的論文中沒有說明這個問題，其實這是有深刻含意的。

時間、空間是物質運動的表現形式，不能脫離物理質運動談論時間、空間，在定義時空時應該說明是關于什么運動的時空?，F代物理學認為超距作用是不存在的，A處發生的“事件”影響B處的“事件”必須通過一定的場傳遞過去，傳遞需要一定的時間，時間、空間的定義與這個傳遞速度是密切相關的。如果這種場是電磁場，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛因斯坦定義的時空實際上是關于由電磁相互作用引起的物質運動的時空，適用于描述這種運動。

愛因斯坦把他定義的時間應用于所有的物質運動，實際上就暗含了這樣的假設：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c＇。至今為止，并無實驗事實證明c＇等于c。愛因斯坦因他的“物質世界統一性”的世界觀而在實際上假定了c=c＇。我持有“物質世界既統一，又多樣化的”以觀點，再加之電磁力和引力的強度在數量級上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工樣，關于由電磁力引起的物質運動的四維時空（x，y，z，ict）和關于由引力引起的運動的時空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問題只涉及一種相互作用，則按照現在的理論建立起來的運動方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場方程的形式不變，只需把常數c改為c＇。如果研究的問題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過，首要的事情是由實驗事實來判斷c＇和c是否相等；如果不相等，需要導出c＇的數值。

我在二十多年前開始形成上述觀點，當時測量引力波是眾所矚目的一個熱點，我曾對那些實驗寄予厚望，希望能從實驗結果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經過長斯的努力引引力波實驗沒有獲得肯定的結果，隨后這項工作冷下去了。根據愛國斯坦理論預言的引力波是微弱的，如果在現代實驗技術能夠達到的測量靈敏度和準確度之下，這樣弱的引力波應該能夠探測到的話，長期的實驗得不到肯定的結果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點。應該從c＇可能不等于c這個角度來考慮問題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導出引力波的強度比根據愛因勞動保護坦理論預言的強度弱得多的結果。

弱力、強力與引力、電磁力有本質的不同，前兩者是短程力，后兩者是長程力。不同的相互作用是通過傳遞不同的媒介粒子而實現的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規范粒子（光子除外）；強相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質量為零，按照愛因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質量和能量有關，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強相互作用引起的物質運動時，定義慣性系中不同的地點的兩個“事件”的“同時”，是否應該用

弱力或強力信號取代光信號呢？我對核物理學和粒子物理學是外行，不想貿然回答這個問題。如果應該用弱力或強力信號取代光信號，那么關于由弱力或強力引起的物質運動的時空和關于由電磁力引起的運動的時空（x，y，z，ict）及關于由引力引起的運動的時空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設弱或強相互作用的傳遞速度為c＇＇，c＇＇不是常數，而是可變的，則關于由弱或強力引起的運動的時空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時間t＇＇和空間（x＇＇，y＇＇，z＇＇）將是c＇的函數。然而，很可能應該這樣來考慮問題：關于由弱力引起的運動的時空，在定義中應該以規范粒子的靜質量取作零時的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統一起來了，因此有可能c1=c，則關于由弱力引起的運動的時空和關于由電磁力引起的運動的時空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關于由強力引起的運動的時空，在定義中應該以介子的靜質量取作零（在理論上取作零，在實際上沒有靜質量為零的介子）時的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關于由強力引起的運動的時空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無論上述兩種考慮中哪一種是對的，整個物質世界的時空將是高于四維的多維時空。對于由短程力（或只是強力）引起的物質運動，如果時空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說需要建立新的量子場論、新的核物理學和新的粒子物理學等。如果研究的問題既清及長程力，又涉及短程力（尤其是強力），則更需要建立新的理論。

1）對量子力學的審思

從量子力學發展到量子場論的時候，遇到了“發散困難”[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國的費曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒有徹底克服這一困難?！鞍l散困難”的一個基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運動能量、相互作用能量合在一起計算[6]，這與德布羅意波在υ=0時的異性。

現在我陷入一個兩難的處境：如果采用傳統的德布羅意關系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關系，就必須面對使新的理論滿足相對論協變性的難題。是否有解決問題的其他途徑呢？我認為這個問題或許還與時間、空間的定義有關。現在的量子力學理論中時寬人的定義實質上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規律，所以時間、空間都不是嚴格確定的，決定論的時空要領不再適用。在時間或空間的間隔非常小的時候，描寫事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時空時還應考慮相關的物質運動的類別。模糊數學已經發展得相當成熟了，把這個數學工具用到微觀世界時空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀物理學將在三個方向上繼續向前發展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開去；（3）深入探索各層次間的聯系，進一步發展非線性科學。

2）可能應該從兩方面去控尋現代物理學革命的突破口。（1）發現客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過審思相對論和量子力學的理論基礎，重新定義時間、空間，建立新的理論

第5篇：量子力學的基本理論范文

關鍵詞： 結構化學；教學效果；探索與實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）16-0256-02

0 引言

結構化學作為普通高校化學專業的重要基礎理論專業課，此課程是以量子力學和現代分析測試儀器為理論和技術基礎，研究原子、分子以及晶體的微觀結構、運動規律和結構與性質之間的關系的一門學科，這門課的核心內容包含兩部分內容-電子結構和空間結構，前者研究描述電子運動狀態的波函數，后者主要是分子和晶體在空間的排布情況；一條主線為結構決定性質[1-3]。量子化學是結構化學的理論基礎，它有固有的不可避免的數學結構，還有很多復雜抽象的哲學概念，因此很多學生感到難學，容易喪失結構化學學習的興趣。所以，本文針對課程特點，在總結結構化學教學經驗基礎上，探索教學方法，提高學生積極性，提高課堂教學效果。

1 教學與學科發展史相結合

量子力學雖然是結構化學學習的理論基礎，但并不是主要內容，在課程上只是用量子力學引出對結構化學非常重要的新概念，例如原子軌道、分子軌道、能級等，從微觀世界解釋或預言化學問題，但根本不會把課程深入到量子力學的叢林中。所以在課程開篇時讓學生了解量子力學發展史上一些事件，接受量子概念，理解化學問題，從而學到科學方法論。

例如在課程開篇前介紹課程大致框架，介紹結構化學發展史與諾貝爾獎，通過諾貝爾獎獲得者的簡介讓學生了解結構化學發展史，從而吸引學生學習興趣。在介紹19世紀末經典力學時，引入開爾文在新年獻詞中的話-物理學上空飄著兩朵烏云：Michelson-Morley實驗和黑體輻射，吸引學生們的學習興趣。在后期教學中，向學生介紹德布羅意：他大學學習歷史畢業后受哥哥影響對物理發生興趣，一戰后隨朗之萬攻讀博士，在博士論文里面提出的理論揭示了光子和物質粒子之間的對稱性，并得到了愛因斯坦的肯定，在1929年獲得諾貝爾獎。通過德布羅意的簡介告訴學生興趣是最好的老師，學習結構化學也是如此，從而克服學生畏難情緒。

另外，在教學中根據學科發展，適時增加教材中沒有的學科前沿熱點和動態，學生反饋意見表明，通過教學與學科發展史相結合、課堂與學科前沿相結合的講授方式，使學生學到基礎知識同時，又能知道課程知識與科研之間的聯系， 激發了學生們的學習興趣和從事科研的熱情。

2 課堂教學注重準確性和條理性

由于結構化學的課程特點，教師講授過程中如果稍有疏忽，容易導致學生繼續學習的興趣下降。所以，在授課過程中不能照本宣科，不能照著PPT課件念，必須對于基本概念基本理論要有準確的描述和解釋，不能模棱兩可。很多的數理推導貫穿于結構化學課程中，但是對于這些推導過程并不要求學生掌握，但是教師也不能避而不談，必須講清楚詳細的推導過程，讓學生知道來龍去脈，從而學生才能更好的掌握和理解這些結論。例如在講解單電子原子的Schr dinger方程及其解這一節時，先給學生簡單介紹氫原子體系薛定諤方程的處理，在變數分離以后得到三個方程，從而根據方程的邊界條件引入三個量子數，讓學生明白根據三個方程分別得到的是哪些量子數，這樣學生對量子數就有了清晰的認識，再結合無機化學課程里面的知識，對下一節量子數的物理意義就有了很好的認識。

3 理論聯系實際，注重能力培養

結構和性能的關系是結構化學課程的一條主線，雖然本課程理論性很強，但是還是有實驗和技術基礎的支撐。在課本第四章分子的對稱性理論課結束后增加1-2周的模型實習，給出第四章課本出現的分子的球棍模型，讓學生了解其對稱性，讓后將分子拆開后再組裝起來，通過這種練習加深學生對分子對稱性的理解。另外，基于學校的科研平臺，讓學生參與教師的科研課題中來，在儀器的使用實驗過程中，將所學知識用到實際操作中，學會處理數據，將所學知識應用到實踐中，加深對課程知識的理解，加深學生科研能力。實踐表明，化學專業部分學生通過這個過程提高了動手能力，在研究生面試實驗環節以及中學教學中都取得了很好的效果，部分研究生總體面試成績還是名列前茅。

4 充分利用多媒體教學手段輔助教學

隨著科學技術的發展，計算機在各個領域得到了廣泛的應用，各個學校均使用了多媒體教學?？梢园汛罅恐R點列于幻燈片中，通過教師講解框架結構，讓學生充分理解課程知識點之間的聯系，加深對知識的掌握。結構化學是在微觀層面研究原子、分子以及晶體的結構和性質。傳統教學沒有直觀演示，學生會剛拿到枯燥無味，難以理解結構和性質之間的內在關系。因此在教學中我們用Chemwindow6.0，Origin 7.5，Flash等軟件制作原子軌道線性組合成分子軌道動態圖、分子的三維空間結構圖，晶體結構圖，使得抽象變得具體，更直觀更清晰地展示出分子的三維空間結構圖，讓學生在短時間內獲得大量知識，從而提高了教學效率。

5 課程教學與練習同步

在課程教學前，教師可以提前制作結構化學題庫，題庫內容應每章節的知識點，主要題型為選擇題、判斷題、填空題、問答題和計算題。在每一章教學中和結束后，始終貫穿著練習，隨時把握學生掌握情況，及時解決學生出現問題。考核學生掌握情況可以包括課堂提問和發問，課后作業以及每章從題庫抽取的練習題測試等多種形式，在教與學中把“過程”和“終結”有機結合起來，例如在講授完量子數意義后，引入一道化學奧賽題：假如某星球的元素量子數服從下面限制：n為正整數；l=0、1、2……；m=±l；ms=+1/2，那么在這個星球上，前4個惰性元素的原子序數各是多少？在解這樣的題中讓學生學會活學活用。總之，采用引起學生注意、提供學習的指導、后期反饋等一系列環節，學生的學習興趣提高，學習效果有很大的改善。

6 小結

在結構化學教學中，通過以上幾種方法的有機結合，學生教學評價最多的是學習主動性顯著提高，興趣有很大提高，課堂氣氛活躍。學生自己獲取和應用知識、解決課程問題能力有了很大的提高，學生也不再感覺“結構學習如登天”、“結構不再是噩夢”。

參考文獻：

[1]周公度，段連運.結構化學基礎（第四版）[M].北京：北京大學出版社，2008.

第6篇：量子力學的基本理論范文

【關鍵詞】:物理 發展 二十一世紀

中圖分類號：D62 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8809（2010）05-0282-01

一、歷史的回顧

十九世紀末二十世紀初，經典物物學的各個分支學科均發展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學和統計力學的建立以及麥克斯韋電磁場理論的建立，經典物理學達到了它的頂峰，當時人們以系統的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經觀察到的物理現象。由于經典物理學的巨大成就，當時不少物理學家產生了這樣一種思想：認為物理學的大廈已經建成，物理學的發展基本上已經完成，人們對物理世界的解釋已經達 到了終點。物理學的一些基本的、原則的問題都已經解決，剩下來的只是進一步精確化的問題，即在一些細節上作一些補充和修正，使已知公式中的各個常數測得更精確一些。

然而，在十九世紀末二十世紀初，正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際，科學實驗卻發現了許多經典物理學無法解釋的事實。首先是世紀之交物理學的三大發現：電子、X射線和放射性現象的發現。其次是經典物理學的萬里晴空中出現了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結果”和黑體輻射的“紫外災難”。這些實驗結果與經典物理學的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經典物理學的傳統觀念受到巨大的沖擊，經典物理發生了“嚴重的危機”。由此引起了物理學的一場偉大的革命。愛因斯坦創立了相對論；海林堡、薛定諤等一群科學家創立了量子力學?，F代物理學誕生了！

回顧二十世紀物理學的發展，是在三個方向上前進的。在二十一世紀，物理學也將在這三個方向上繼續向前發展。

（1） 在微觀方向上深入下去。 在這個方向上，我們已經了解了原子核的結構，發現了大量的基本粒子及其運規律，建立了核物理學和粒子物理學，認識到強子是由夸克構成的。今后可能會有新的進展。但如果要探索更深層次的現象，必須有更強大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務，所以我認為近期內在這個方向上難以有突破性的進展。

（2）在宏觀方向上拓展開去。 1948年美國的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當時并未引起重視。1965年美國的彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測結果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝彥和美國的古斯同時提出暴脹理論。八十年代以后，英國的霍金等人開始論述宇宙的創生，認為宇宙從“無”誕生，今后在這個方向上將會繼續有所發展。

（3）深入探索各層次間的聯系。這正是統計物理學研究的主要內容。二十世紀在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態統計物理學有了得大的發展，然后建立了“耗散結構”理論、協同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發展起來了。近年來把這些分支學科都納入非線性科學的范疇。相信在二十一世紀非線性科學的發展有廣闊的前景。

愛因斯坦當初探索“統一場論”是基于他的“物理世界統一性”的思想，但是他努力探索了三十年，最終沒有成功。我對此有不同的觀點，根據辯證唯物主義的基本原理，我認為“物質世界是既統一，又多樣化的”。且莫論追求“超統一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學發展的終點。因為“在絕對的總的宇宙發展過程中，各個具體過程的發展都是相對的，因而在絕對真理的長河中，人們對于在各個一定發展階段上的具體過程的認識只具有相對的真理性。無數相對的真理之總和，就是絕對的真理?！薄叭藗冊趯嵺`中對于真理的認識也就永遠沒有完結?！?/p>

現代物理學的革命將怎樣發生呢？我認為可能有兩個方面值得考試：

（1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現在我們不知道。我的直覺是：將來最早發現的第五種力可能存在于生命現象中。物質構成了生命體之后，其運動和變化實在太奧妙了，我們沒有認識的問題實在太多了，我們今天對于生命科學的認識猶如亞里斯多德時代的人們對于物理學的認識。

（2） 現代物理學理論也只是相對真理，而不是絕對真理。應該通過審思現代物理學理論基礎的不完善性來探尋現代物理學革命的突破口，在下一節中將介紹我的觀點。

二、現代物理學的理論基礎是完美的嗎

相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎是否十全十美的呢？我們來審思一下這個問題。

當年愛因斯坦就是從關于光速和關于時間要領的思考開始，創立了狹義相對論[1]。我們今天探尋現代物理學革命的突破口，也應該從重新審思時空的概念入手。 愛因勞動保護坦創立狹義相對論是從講座慣性系中不同地點的兩個“事件”的同時性開始的[4]，他規定用光信號校正不同地點的兩個時鐘來定義“同時”，這樣就很自然地導出了洛侖茲變換，進一步導致一個四維時空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛因勞動保護擔提出用光信號來校正時鐘，而不用別的信號呢？在他的論文中沒有說明這個問題，其實這是有深刻含意的。

第7篇：量子力學的基本理論范文

20世紀后半葉，物理學在此前建立起來的狹義相對論、量子力學、量子電動力學、統計物理和許多重要物理實驗基礎上，以前所未有的速度發展著。許多物理學的分支學科，如原子、分子物理、原子核物理、固體物理、等離子體物理以及粒子物理等，都得到極大發展。與此同時，科學發展的另一個重要特征是學科間相互滲透和交叉綜合。物理學和其他學科相互滲透，產生了一系列交叉學科和邊緣學科，如化學物理、生物物理、大氣物理、海洋物理、地球物理等等。物理學的新概念、新理論和新的實驗方法向其他學科轉移，促成各學科的發展并成為其組成部分。

20世紀后半葉，新技術特別是高新技術發展之快也是前所未有的。高技術包含的科學知識高度密集，綜合性極高，如紅外和紅外成像技術、激光技術、計算技術、信息技術、航天技術、生物技術等等，都無一例外地與物理學等學科的基本概念、基本理論和基本實驗方法密切相關，其發展在很大程度上依賴包括物理學在內的各學科的發展。

現代軍事科學技術的知識密集性、綜合性極高，處于科學技術的前沿，近幾年來的局部戰爭向人們展示，現代戰爭在相當大程度上是高新技術的較量。現代軍事科學技術離不開物理學和物理學的新成就，如紅外夜視、激光制導、激光雷達、三相彈等都與物理學原理和物理學實驗技術密切相關。

這一切都表明，在科學技術發展的進程中，物理學不但在歷史上曾經是處于主導地位的，在20世紀是處于主導地位的，而且毫無疑問，21世紀物理學在科學技術發展中也必將處于主導地位，它的作用將會更加突出。

大學物理課是一門重要基礎課，它的作用一方面是為學生較系統地打好必要的物理基礎，另一方面是使學生初步學習科學的思維方法和研究方法，這些都起著增強適應能力、開闊劉義洪盈贅大爭物雙教爭敬沮思路、激發探索和創新精神、提高人才素質的重要作用。學好大學物理，不僅對學生在校學習十分重要，而且對學生畢業后的工作和在工作中進一步學習新理論、新知識、新技術、不斷更新知識，都將發生深遠的影響。物理課的這一作用，特別為許多專家、教授、高級工程技術專家所強調。

我國工科大學物理的學時一直少于理科。因此，目前實施的教學內容，主要是傳統物理課內容在給定學時范圍內一再精選后形成的?？偟膩碇v，工科大學生的物理基礎較薄弱，物理知識面也較窄，特別是近代物理和現代工程技術有關的物理基礎和現代工程技術方面的新知識更顯薄弱。如我們的課程基本要求中沒有物性學、分子、原子核、粒子等內容;沒有偏振光干涉、核磁共振、穆斯堡爾效應等內容;量子物理、統計物理等近代物理基礎的基本概念、基本理論和知識甚為薄弱。這些內容，工科一般專業在后續課中多不再涉及，而它們恰恰是當今學習新理論、新知識和新技術所要涉及的，有些甚至已成為當今高新技術的組成部分。在這個意義上講，大學物理課內容“老的多、新的少”。因此，更新內容，加強現代物理和現代工程技術有關知識，特別是有關基礎知識，是工科物理教學改革必須面向的首要問題。

二、工科物理課教學改革

工科大學物理課程的教學改革是很復雜的，也是很困難的，不可能一嗽而就。應該堅持以下原則:不應改變物理課作為基礎課的地位和作用，應著力研究現代高級工程技術人才應具備什么樣的物理基礎;要重點研究如何處理好經典物理和近代物理及有關近代內容的關系;應在培養學生科學思維方法和分析問題、解決問題能力上加大力度，與研究教學內容改革的同時，還必須系統地研究教學方法、考試方法等教學環節的改革。

工科大學物理課內容改革的重點在于加強物理學基礎(包括經典物理基礎和近代物理基礎)，同時適當地介紹反映現代物理和現代工程技術的新知識，擴大學生的知識面，在整個教學過程中提高學生分析及解決問題的能力和獨立獲取知識的能力。由于工科物理課程教學時數少，只靠課程內容和體系本身改革回旋余地小，改革要將課內課外、理論教學與實驗教學、課與課間關系諸方面綜合考慮。

（一)課程教學內容改革，應以物理課程教學基本要求為依據。在保證經典的前提下，進一步精選經典物理內容，突出教學內容及能力培養，避免過分強調系統性和嚴密性等，在整個經典物理教學過程中應貫徹加強近代思想;在近代物理基礎的基本要求部分，加強量子力學和統計物理基礎知識，以利于學生在校和離校后進一步學習新理論、新知識和新技術;加強現代工程技術物理基礎專題，這部分內容應側重物理原理，而不要停留在科普水平上，上述三部分內容的講授學時，分別約占總學時的58%、27%和15%。

(二)開設物理類和技術類專題選修課(或講座)。物理類選修課:如現代物理導論、混沌、原子和分子物理、核物理、天體物理、等離子體物理、凝聚態物理、嫡和信息、傅里葉光學、非線性光學、非線性力學等、技術類選修課:如現代工程技術專題、激光技術、光散射技術、全息技術、穆斯堡爾譜學、核磁共振技術、薄膜技術、換能器、紅外技術、低溫和超導等。選修課應著重物理概念、物理思想和方法，不追求數學嚴密性，不過分強調系統性和完整性。

(三)教學手段改革是教學改革的重要組成部分。粉筆加教鞭不適應改革的需要已經成為人們的共識。近幾年來，有許多院校在多媒體輔助教學上做了大量的工作。實踐證明，把多媒體技術應用于教學可以改變信息的包裝形式，在計算機上把圖、文、聲、像集成在一起，提高教學內容的表現力和感染力，能調動學生主動運用多種感觀積極參與多媒體的活動，使學生由知識的被動接受轉為主動發現。同時，這也為教學研究提供了有力工具，為教學的順暢實施與高效提供了可靠的技術保障。在提高認識的基礎上，加大這方面的資金投人，多媒體輔助教學必將成為21世紀教學手段的主體。而多媒體輔助教學軟件也應向智能化方向發展。1997年n月6日，中國物理學會正式宣布中國物理教育網建立。這就為網上教學和科研提供了方便，物理教育工作者應充分利用這一有利條件，從網上獲取信息服務于教學。名校、名師更應在網上傳播自己的教法和經驗，使大家受益。

第8篇：量子力學的基本理論范文

這其中的根本原因在于，傳統理論物理教學偏重“純”理論講解和公式推導，常使學生感到枯燥無味，甚至存在“用處不大”、“無任何實用性”等誤解，因此理論物理被師生公認為“難學也難教”，總體教學效果相對不甚如意，這也是其它理工類的理論課面臨的問題。但不能把理論物理教學的這種困境完全歸因于其本身的抽象和深奧等客觀因素，實際在教學思想和教學方法等主觀因素上，目前仍存在不少弊端。調查發現，目前理論物理教學模式普遍單一，大都采用灌輸式的傳統教學，注重理論推導，這雖適宜傳授知識，但缺乏教學應有的直觀性和啟發性，并鮮能涉及前沿領域，知識面窄，與實際脫節，不重能力培養，束縛了學生的學習主動性與個性發展。

放眼到國外，我們也不難發現，最近三、四十年國外理論物理教學的變化和發展相當驚人，主要體現在以下幾方面：1.教材出發點顯著提高，深度和難點都遠超我國現有教材；2.教學內容涉及范圍更為廣泛，包含許多與科研、生產和生活密切聯系的知識內容，使人耳目一新；3.真正實現“精講多練”，對基本概念和基礎理論只作簡要介紹，而以大量經過詳細分析和解答并與實際密切聯系的例題作為主線，不僅大大開闊了學生的眼界和思路，并且還為培養學生進行獨立思考和獨立解決問題的能力進行了富有成效的示范；4.部分習題要求學生利用計算機求解，使學生的計算機知識和編程能力經受考驗并有實際用武之地。

以上這些都是我國現行的理論物理教學所無法比擬的。由于受傳統教學大綱和學時數的限制，國內高校的理論物理各門課程往往只能在搭起基本理論框架后就已接近尾聲，應用內容相當貧乏或干脆沒有，至于介紹物理學最新成就更是“鳳毛麟角”，至多也只能點到為止，絲毫體現不出理論物理在培養科學思維方法和解決實際問題的威力所在。因此，絕大多數學生反映不僅學起來十分費勁，并且學完了也不知道究竟有何用處。

如何使學生不要忽略理論物理的基礎性和重要性，即如何將“理論”物理的“應用”性價值充分體現，是“知行合一”的物理專業人才培養目標所要求的。因此，理論物理教學需改革舊的教學模式，探索一條克服弊端、走出困境的新路。就大學本科階段的物理教學而言，實驗是最能體現理論和實踐相結合的，也是培養學生實驗動手能力和創新能力的最重要環節。但調查發現，當前我國很多高校中實驗與理論授課結合不緊密，實驗的輔助作用沒有得到有效發揮，西方科技發達國家則非常重視物理實驗教學和研究問題的方法。科學素質教育的核心是培養學生的實踐能力和創新精神，因此，將物理實驗教學與理論教學兩個相對獨立的教學體系有機結合，是目前教學改革的重點和時代的必然要求。

在近幾年的教學實踐中，筆者及其課程組成員積極嘗試，將形式靈活多樣的實驗與實踐環節引入到電動力學、理論力學等系列理論物理課程，極大地激發了學生的學習興趣和熱情，初步摸索出一條針對“純”理論物理課程教學的新路子。例如針對電動力學，目前絕大多數院校的電動力學仍采取純粹的理論講授形式，我們則大膽地在理論教學之外引入了實驗教學，在近代物理實驗中精心挑選了4個與課程理論內容結合緊密、同時具有科學前沿性與應用廣泛性的實驗：高溫超導材料電溫特性測試、微波的傳輸特性和基本測量、微波分光、光拍法光速測量實驗等，供光信息科學與技術專業的學生選做，實驗成績計入平時成績。該措施得到了學生的普遍贊譽和積極響應，使他們在理論之外得到實踐鍛煉，加深了對理論的理解，提高了思考和解決問題的能力。在實驗中還鼓勵學生以已有儀器為基礎進行實驗創新。例如，在微波分光儀上，學生利用自制的模具，做了二維物體的微波衍射效應實驗，加深了對相關基本理論的理解，培養了學生科學研究的意識和實踐動手能力。

此外，課程組教師還有意識地引導學生善于發現、記錄與課堂知識有關的問題或疑點，鼓勵他們對這些問題進行討論。同時教師也在課堂上主動加入一些小課題，這些課題不一定要有重大意義或科學價值（如課本上未加詳細討論的內容），也不一定非要學生如搞科研般埋頭苦鉆。一般學生只要能嘗試寫出研究性或綜述性報告，就能達到培養基本科研素質，提高思維方法的教育目的。而對于那些肯鉆研的學生，則可根據其特點，鼓勵其參與教師的科研活動。一旦學生經過自己的鉆研獲得成功，就會得到身心的愉悅。

上述工作不但需要學生掌握好相關的課內知識點，而且需要查閱大量課外資料和文獻，從而達到了培養學生科研能力的目的。經近幾年的實踐，上述措施效果顯著。

總之，在針對如何有效地改革理論物理系列課程的教學模式這一問題上，廣大物理教師應積極思考和探索，嘗試將開放的、研究性的實驗與實踐環節靈活引入教學，使學生在有限時間內能更有效地接受知識，幫助其真正理解理論物理的“美”和“應用性”，并力圖與學生的專業知識相結合，激發其學習動機和興趣，大大提高學生的創新精神和創造力，為最終培養成為有知識、有能力、適應社會發展需要的應用型大學本科人才而打下堅實的基礎。

參考文獻:

第9篇：量子力學的基本理論范文

關鍵詞 應用型本科院校 卓越計劃 大學物理 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.01.044

Investigation of College Physics Teaching Reforming of Application

-oriented Colleges Based on Excellence Program

YONG Yongliang， LI Xiaohong， CHEN Qingdong

（College of Physics and Engineering， He'nan University of Science and Technology， Luoyang， He'nan 471023）

Abstract College physics is a major fundamental course for the students of the science and engineering in universities and colleges. According to the objectives in talent cultivation of application-oriented colleges， we have innovated the teaching content and teaching methods of college physics based on excellence program.

Key words application-oriented colleges; excellence program; college physics; teaching reform

教育部“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是國家教育改革和發展的重大改革項目，是我國高等工程教育改革，促進高等工程教育質量全面提升的重要舉措。①旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務，對促進高等教育面向社會需求培養人才，全面提高工程教育人才培養質量具有十分重要的示范和引導作用。②當前應用型本科院校無論在發展的外部環境還是內部條件方面都面臨挑戰，在高等學校發展序列中處于“中間地帶”，前面有老牌的、強勢的研究型大學，后面有各類高職院校，應用型本科院校必須建立具有自身特色的培養目標和模式， 才是多數新建本科院校的合理選擇并符合社會和經濟發展的需要。③而各個本科課程只有進行必要的改革，才能適應應用型本科院校的發展。

大學物理是面向高等院校理工農醫各專業的一門公共基礎課，擔負著提高學生科學文化素質和培養學生數理思想的重任。該課程涉及面廣、知識涵蓋范圍大對于各專業來說，后續的專業課都要應用本課程引入的基本概念、基本理論和基本方法。更重要的是還關系到培養學生觀察問題、分析問題和解決問題等方面具有其他課程所不能替代的作用。應用型本科院校在“卓越計劃”的大背景下如何在教學理念、教學內容、教學方法和教學方式上對大學物理這門課程進行建設和改革，如何拓展和完善教學素材和教學資源，是值得認真思考和積極探索的問題。④經過近幾年的教學實踐，對基于“卓越計劃”的大學物理教學進行了改革和探索

1合理優化教學內容

1.1針對不同專業，精選教學內容

卓越計劃目的在于培養學生的創新能力強以及適應經濟社會發展的需要，大學物理這門課程內容繁多，知識面寬廣，以至于很多學生覺得大學物理的很多內容對他們后續專業課的學習，以后的考研或者工作幫助都不是很大，使得學生將學學物理看成是一種拿學分的沒有必要的課程。另一方面，大學物理的部分內容對不同專業的學生幫助很大，學生也很愿意學，但是由于學時的限制，不能過多的介紹，使得學生覺得意猶未盡，沒有學到更多對自己有幫助的內容。這樣一來，學生學學物理的興趣不高，學習效果令人擔憂。事實上，大學物理的部分內容對于不同專業學生的后續學習而言的確作用不是很大。例如，近代物理中的狹義相對論和量子力學的內容對于車輛工程類專業的學生而言，幫助就相對很小，教師在講臺上滔滔不絕，學生在下面也只是聽個“稀罕”，聽得無奈。相反，力學部分中的剛體力學對于他們相當重要，他們也愿意花時間、花精力去學習，但是根據傳統的教學要求，這部分課時少得可憐，只能淺嘗輒止地介紹相關的概念，具體的定軸轉動和角動量守恒在機械設計中的應用等內容只是稍微提一下。因此，根據不同專業的學生，在有限的學時內，要適當調整教學內容。例如，材料類專業可以增加熱學和近代物理中的納米材料方面的知識等，相對減少近代物理中早期量子論的相關內容。但是，在針對不同專業調整教學內容的同時，要注重物理知識的系統性，有些內容不是不講，而是點到為止。

1.2針對不同專業，對教學內容模塊化處理

上面提到，根據學生的專業情況，適當調整教學內容。對于學生幫助大的要多講，深講，而用處不大的，為了知識的系統性也要點到為止。此時，可以將教學內容進行模塊化處理。⑤也就是根據物理知識的內在聯系，將內容分成若干模塊，這樣將有利于知識的系統性、針對性和靈活性。特別是，那些學生專業不是很重要的物理知識，進行模塊化處理后，利用較少的學時，以作報告或者講座的形式呈現給學生，使得學生更容易地接受這些內容。例如，自動化等專業的學生，沒有必要對熱學部分掌握較深，因此這部分內容可以做成幾個報告，告訴學生們熱學的研究內容，研究方法，以及研究成果等即可，從而使學生接受的物理知識體系還是完整的，又做到了有的放矢。

1.3整合教學內容，補充現代科技理論

傳統的大學物理教學體系主要以力、熱、光、電磁和近代物理的內容為主，而與當前社會實踐緊密相關的現代物理所占比重太小，尤其是物理知識在工程技術等中的應用。因此，適當補充現代物理勢在必行。例如，傳統的光學部分主要介紹幾何光學和波動光學（光的干涉，衍射和偏振），因此補充部分信息光學的內容，對學生理解光學的系統性和現實生活中的光學應用大有益處。比如，在傳統的波動光學之后講解有關激光和光纖的相關知識。在熱力學內容之后添加部分信息熵的內容。量子力學基礎上介紹部分能帶理論以及納米材料、超導材料的應用，這些都將有助于提高學生學習物理的興趣。

2多種教學方法相結合

“卓越計劃”背景下的應用型本科院校，要求通過大學物理這門課，不僅學到必要的物理知識，更重要的是學會提出問題、分析問題和解決問題的能力。因此，教師在講課的過程中就要潛移默化地將這些能力帶入課堂，引導培養學生的分析問題和解決問題的能力，探索精神和創新意識。另一方面，大學物理這門課程的教學學時一再壓縮，課堂時間就顯得尤為珍貴。為此，就要改進傳統的教學方法，嘗試新的教學方法，以期達到上述目標。

2.1 加大多媒體的數字化演示

大學物理是一門實驗科學，其中很多定理、定律等內容都是在實驗的基礎上總結得到的，因此教師在講解過程中，為了培養學生的思維能力，不可避免地要談到實驗如何進行的，如何得到規律的等等。依靠傳統的板書，這一點很難讓學生一目了然。因此，講課過程中要加強多媒體的數字化演示，包括演示實驗的內容、原理、相關背景等，從而再現某一個規律發現的過程，提煉的過程等，使學生能夠清晰了解規律的現象和原理，同時也培養和提高了學生的觀察能力、理解能力和思維能力。這樣一來，對于培養應用型的卓越人才計劃，教師也就不必要在課堂上花費大量的時間用于定理、定律的推導，不但避免了乏味感，還激發學生思考問題的積極性。但是，需要注意的是，由于學生物理知識的缺失，很容易在觀看演示實驗過程中，只看皮毛，不去思考和探索。此時，教師在數字化演示過程中，要時時刻刻注意引導學生，增強演示的啟發性和創新性。教師要多提問題，多給學生思考，多與學生互動和交流。

2.2 啟發式教學和案例教學相結合

案例教學就是利用典型實例進行教學，使學生能通過對特殊的典型的實例進行分析，進一步理解和掌握教學中的概念和原理，并在此基礎上培養學生獨立分析和解決問題的教法。案例教學的過程中，要注重引入和提出某一類工程問題或者自然現象，讓學生討論問題的提法以及解決的方法，進而使學生鞏固已經學過的內容以及了解將要學習的內容等。例如，在光的偏振中介紹立體電影的原理和實現，課前提出問題，立體電影如何工作的，進而學習光的偏振。又或者在薄膜干涉中先提出問題：陽光下的肥皂泡，水面上的油膜，鴿子勃頸處的羽毛，貓眼石等等都會顯現出五顏六色的花紋，為什么？通過這些案例，啟發學生積極思考和討論。這樣有助于激發學生的興趣，發揮他們的主觀能動性和創造性，進而實現學生對課本內容的深刻理解。同時，也鍛煉了學生解決實際問題的能力，更重要的是培養了學生的思維能力。

3結語

綜上所述，為了使大學物理課程的教學滿足“卓越計劃”背景下應用型本科院校的人才培養要求，大學物理必須進行改革。通過教學內容的合理優化，不同教學方法的不斷改進和有機結合，不僅能有助于順利完成教學任務，更重要的是能培養學生的工程技術思維。

基金項目：河南科技大學創新團隊（2015XTD001）資助

注釋

① 汪泓.打造卓越工程師搖籃，培養應用型創新人才[J].中國大學教學，2010 （8）：9-10.

② 宋佩維.卓越工程師創新能力培養的思路與途徑[J].中國電力教育，2011 （7）：25-29.

③ 孫澤平.關于應用型本科院校人才培養改革的思考[J].中國高教研究，2011（4）：55-57.