量子力学教学大纲(李同伟)

课程编码：2812036量子力学QuantumMechanics学分：4总学时：64理论学时：64实验／实践学时：0/0一、课程教学目标量子力学是物理类专业必修的重要基础课。本课程使学生以全新观念去认识物质世界，并为后续专业课学习打下必要的基础。按照学校办学目标定位和专业培养要求，结合学生实际，制定课程目标。知识目标：掌握量子力学的基本假设、基本原理和基本方法，全面系统了解微观世界基本规律。能力目标：具备运用量子力学规律解释微观现象的能力；了解量子理论最新成果、前沿发展动态和在物理、化学、信息技术等交叉领域中的应用，具备学习新知识、新技术的基本能力。素质目标：注重学生求异思维的培养，能透过现象去追寻本质，启迪创新思维；弱化主观经验，强调实验事实；了解量子史上的重要物理思想，培养辩证唯物主义的世界观和科学的方法论。二、课程基本要求 1．课程内容方面（1）初步具有量子化的思想，掌握量子力学的五个基本原理。（2）能够运用薛定谔方程解决简单的微观体系问题，掌握量子力学处理问题的基本近似方法。2．基本技能训练方面（1）在讲述量子力学基本原理基础上，适当介绍量子力学最新发展，量子理论最新成果，学科最前沿发展动态，培养学生创新能力。（2）在教学中，强调掌握实验事实以及它给予我们的启示，不直接与主观经验联系，不先入为主。并时时将新的概念和结论与经典物理学的结果作比较，以使同学能正确理解量子力学的基本概念，从而能掌握量子力学的精髓和学会正确处理具体问题的方法。（3）加强课程思政，发挥育人功能。量子力学充满了挑战和创新，是一部传奇的史诗般的科学发展史。通过了解科学家们不惧困难、善于思考、敢于创新的精神，把学习知识的过程内化为体悟人性、发奋图强、报效祖国的动力，实现知识传授与价值引领的有机统一。三、教材、主要参考书和参考资源1．主要使用教材（1）尤景汉等.量子力学.北京：电子工业出版社，2022.（2）周世勋原著，陈灏修订．量子力学教程．第二版．北京：高等教育出版社，2009．2．主要参考书（1）曾谨言.量子力学，卷Ⅰ，（第五版）.北京：科学出版社，2013.（2）钱伯初，曾谨言.量子力学习题精选与剖析（第三版）.北京：科学出版社，2008.（3）曾谨言.量子力学教程（第三版）.北京：科学出版社，2014.（4）苏汝铿.量子力学（第二版）.北京：高等教育出版社，2002.（5）曹天元.上帝掷骰子吗？量子物理史话.北京：北京联合出版公司，2019.（6）吴京平.无中生有的世界：量子力学外传.北京：北京时代华文书局，2018.（7）汪振东.在悖论中前行：物理学史话.北京：人民邮电出版社，2018.（8）戴瑾.从零开始读懂量子力学.北京：北京大学出版社，2020.（9）赵峥.物理学与人类文明十六讲.北京：高等教育出版社，2016.四、课程内容第一章早期的量子论主要内容：经典物理学的困难，光的波粒二象性，原子结构的玻尔理论，微观粒子的波粒二象性。重点和难点：粒子的波动性，粒子性与波动性的关系。课程思政：传统文化―大学之道：①大学之道，在于独立学生之思想，完备学生之人格，授之以安身立命之技能。（蔡元培）②大学之道，在明明德，在亲民，在止于至善。（《四书》）第二章波函数和薛定谔方程主要内容：波函数的统计解释，态叠加原理，薛定谔方程，粒子流密度和粒子数守恒定律，定态薛定谔方程。重点和难点：波函数的物理意义，定态薛定谔方程。课程思政：大国重器―“墨子号”和“九章”。第三章一维势场中的粒子主要内容：一微无限深势阱，线性谐振子，势垒贯穿。重点和难点：利用定态薛定谔方程求解一维粒子的运动。课程思政：现代科技―扫描隧道显微镜。第四章量子力学基本原理主要内容：力学量的算符表示，算符的对易关系，厄密算符本征函数的正交性，动量算符和角动量算符，两力学量同时有确定值的关系，不确定原理，力学量平均值随时间的变化，守恒定律。重点和难点：厄米算符，不确定原理。课程思政：科学家的故事。第五章中心力场主要内容：电子在库仑场中的运动，氢原子，无限深球方形势阱。重点和难点：中心力场，氢原子。课程思政：物理之美―坚硬的原子。物理之美―对称性与守恒量。第六章量子力学的矩阵表示主要内容：状态的表象，量子力学的矩阵表示，么正变换，狄拉克符号。重点和难点：状态的表象，狄拉克符号。课程思政：物理之美―傅里叶变换。第七章量子力学本征值的代数解法主要内容：线性谐振子与占有数表象，角动量升/降算符，两个角动量的耦合。重点和难点：线性谐振子与占有数表象，角动量耦合。课程思政：哲学思辨。第八章粒子在电磁场中的运动主要内容：粒子在电磁场中的运动，正常塞曼效应。重点和难点：塞曼效应。课程思政：物理学家的故事。第九章近似方法主要内容：非简并定态微扰理论，简并情况下的微扰理论，氢原子的一级斯塔克效应，变分法。重点和难点：非简并定态微扰理论，简并情况下的微扰理论，氢原子的一级斯塔克效应。课程思政：现代科技―第三次工业革命。第十章电子的自旋主要内容：电子自旋，电子的自旋算符和自旋函数，电子总角动量的本征态，两个电子的自旋函数。重点和难点：自旋算符，自旋波函数。课程思政：现代科技―自旋电子学。第十一章全同性原理主要内容：全同粒子的特性，全同性原理，全同粒子波函数，泡利原理，两个全同粒子体系的波函数。重点和难点：全同性原理，全同粒子体系的波函数。课程思政：科学家的故事。讲课过程中穿插介绍量子力学最新发展，量子理论最新成果，学科最前沿发展动态，培养学生创新能力。创新能力培养为选讲内容，如需要将占用机动2学时介绍。五、习题每章布置1-3个习题，加深学生对所学知识的巩固。六、实验或实践环节无。七、学时分配章次内容学时1第一章早期的量子论42第二章波函数和薛定谔方程83第三章一维势场中的粒子64第四章量子力学基本原理125第五章中心力场46第六章量子力学的矩阵表示67第七章量子力学本征值的代数解法68第九章近似方法69第十章电子的自旋610第十一章全同性原理4机动2合计64八、考核类型考试九、先修课程力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、高等数学、线性代数、数学物理方法。十、适用专业应用物理学、材料物理、光电信息科学与工程、新能源材料与器件。十一、执行说明1．本大纲根据教育部“高等院校量子力学课程教学基本要求”编制。2．教学中把量子力学最前沿内容和成果穿插于授课中，扩大学生知识面，培养学生创新能力。3．本课程采用线上线下混合式教学，采用过程性与终结性相结合的评价