量子力學課程大致可分為兩部分,一為量子力學基礎理論知識部分,另一部分為相關應用。在教學過程中,二者相互交織,有機融合。
課程概述本課程的目標王要為凝聚態(tài)物理、理論物理、粒子與原子核等專業(yè)的深入研究進行理論準備。凝聚態(tài)物理是研究由大量微觀粒子組成的凝聚態(tài)物質的宏觀、微觀結構和粒子運動規(guī)律、動力學過程、彼此間的相互作用及其與材料的物理性質之間關系的一門學科,是一門以物理學各個分支學科、數(shù)學和相關的基礎理論知識為基礎,并與材料學、化學、生物學等自然科學和現(xiàn)代技術相互交叉的學科。凝聚態(tài)物理所研究的新現(xiàn)象和新效應是材料、能源、信息等工業(yè)的基礎,對當前高技術的帶頭領域,如新型材料、信息技術和生物材料等有重要影響,對科學技術的發(fā)展和國民經濟建設有重大作用。理論物理是從理論上探索自然界未知的物質結構、相互作用的物理運動的基本規(guī)律的學科,理論物理的研究領域涉及粒子物理與原子核物理、統(tǒng)計物理、凝聚態(tài)物理、宇宙學等,幾乎包括物理學所有分支的基本理論問題。粒子物理與原子核物理是研究粒子和原子核的性質、結構、相互作用及運動規(guī)律,探索物質世界更深層次的結構和更基本的運動規(guī)律。它們涉及從最微觀領域的規(guī)律到天體的形成與演化的規(guī)律。這些學科都需要具備《高等量子力學》的基礎知識才能夠全面理解及深入研究,該課程的講授能夠適應相關專業(yè)研究生對基礎理論知識需求。
19世紀末,人們發(fā)現(xiàn)舊有的經典理論無法解釋微觀系統(tǒng),于是經由物理學家的努力,在20世紀初創(chuàng)立量子力學,解釋了這些現(xiàn)象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除了通過廣義相對論描寫的引力外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內描述(量子場論)。
量子理論的重要應用包括量子化學、量子光學、量子計算、超導磁體、發(fā)光二極管、激光器、晶體管和半導體如微處理器等。
主要知識點包括:
量子力學基本原理:實驗基礎、Hilbert空間、波函數(shù)、薛定諤方程、算符、表象變換、對稱性與守恒律
一維定態(tài)問題:一般討論、自由粒子、一維方勢阱、諧振子、一維勢壘
軌道角動量與中心勢場定態(tài)問題:角動量對易關系、本征函數(shù)、中心勢、三維方勢阱、三維諧振子、氫原子
量子力學中的近似方法:定態(tài)微擾論、躍遷、散射。
全同粒子與自旋:全同性原理、自旋的表述、自旋與統(tǒng)計的關系、兩個自旋的耦合、磁場與自旋的相互作用。
本課程有如下特色:
強調對物理概念的理解,強調對量子力學知識體系的整體理解與把握,在涉及關鍵的物理概念處,注意啟發(fā)學生主動思考。可采取討論課的方法,組織學生進行充分的研討;
培養(yǎng)學生的科研能力,在課程中安排一部分課外作業(yè),如課外作業(yè)五:中心勢場處,就安排讓同學查閱科技文獻,嘗試寫論文;
采用計算機模擬試驗課件,幫助學生加深對諸如粒子的波粒二象性及態(tài)的概率解釋等難點問題的理解。