對量子力學的認識精選(九篇)

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第1篇：對量子力學的認識范文

無論是對于大學生還是研究生，量子力學都是一門最基本的課程。它以極其驚人的精確程度解釋微觀世界的各種現(xiàn)象，對它的深刻理解和廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了給我們的世界帶來革命變革的各種高新技術(shù)。量子力學語言今日已經(jīng)成為物理學家們?nèi)粘１夭豢缮俚闹匾涣鞴ぞ摺Ｈ欢?，絕大多數(shù)物理學家都深知，對于量子力學基礎(chǔ)的理解存在著難以克服的困難，甚至使人們產(chǎn)生了這樣一種印象，即該理論迄今仍然缺少真正令人滿意并信服的理論形式。

許多量子力學教科書闡述量子力學的理論形式，并將其用來理解原子、分子、流體和固體的性質(zhì)，處理輻射與物質(zhì)的相互作用，使我們對于周圍的物理世界有更深刻的理解。還有一些教科書闡明這一學科的發(fā)展歷史，指出量子力學經(jīng)歷了哪些步驟才達到了現(xiàn)代形式。

本書對為避免由正統(tǒng)解釋量子力學概念的困難而找出的各種替代形式，給出了清晰而客觀的闡述，仔細地介紹了各種解釋的邏輯性和自洽性。作者力求全面和寬泛地評述對于量子力學中許多看似難以解釋、哲學上矛盾和違反直覺的奇妙行為，從而使讀者對于我們當前對該理論的理解有更全面的認識。

全書共分成11章：1.歷史回顧；2.目前狀況，剩余的概念困難； 3.愛因斯坦、波多爾斯基和羅森定理；4.Bell定理； 5.更多的定理；6.量子糾纏； 7.量子糾纏的應(yīng)用；8.量子測量； 9.實驗：在真實時間看到的量子扁縮； 10.各種各樣的解釋； 11.附：量子力學的基本數(shù)學工具。書末還有11個附錄，對于正文內(nèi)容做出一些數(shù)學與物理的延伸和補充。

本書作者長期從事量子力學的教學與研究，他與Claude CohenTannoudji 及Bernard Diu 合作撰寫的《量子力學》（Quantum Mechanics）是一部非常著名的教科書，在世界范圍內(nèi)有深遠的影響。他在本書中探索了量子力學與生俱來的基本問題和困難，描述并比較了各種各樣的解釋，討論了這些解釋的成功之處和依然存在的問題。對于那些想要知道量子力學所面對的問題的更多細節(jié)但又不具備該學科專門知識的物理和數(shù)學的研究人員，本書是理想的參考書；而對于那些對量子物理及其奇特行為感興趣的科學哲學家也應(yīng)該很有吸引力；對于想要更進一步鉆研量子力學的物理系和科學哲學系的大學生和研究生以及希望擴大自己量子力學知識的理論物理學家，本書提供了難得的和非常有參考價值的豐富資源。

第2篇：對量子力學的認識范文

根據(jù)對我校學生“學習觀”“戀愛觀”“擇業(yè)觀”“人生價值觀”等方面的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)了一些學生身上存在的不良現(xiàn)象及問題：

1.他們大多重視高考，重視考試，但又十分緊張考試，害怕考試，最終導致兩極分化。一部分因過度緊張，壓力過大而成績一落再落；另一部分則破罐破摔，得過且過，甚至完全放棄。

2.他們大多渴望早戀，又害怕早戀，不能以良好健康的心態(tài)去對待“早戀”。

3.他們大多“金錢觀”占據(jù)上風，“擇業(yè)觀”有所偏頗，“人生價值觀”不夠正確，不明白活著的真正意義，不清楚到底該追求什么，人生定位十分迷茫。

這些現(xiàn)象及心理對他們整個學習過程及人生發(fā)展是十分不利的。

當然，我們同時還發(fā)現(xiàn)了在其他學生身上卻存在著較好的現(xiàn)象，對他們的情況及心理，我們也進行了總結(jié)：

1.他們大多成績較好，而且十分穩(wěn)定。他們能夠正確看待學習、成績和高考，既足夠的重視，又不過度看重。

2.他們大多有著正確的“戀愛觀”，明白自己的重任，一心撲在學習上，心無旁騖。

3.他們有著正確的“金錢觀”，能夠理性消費；能夠適度并有原則的結(jié)交朋友；他們尊敬師長，尊敬父母，很少頂撞長輩；他們知道人生的意義和價值所在，有自己的個人理想和人生規(guī)劃。

通過以上兩類學生的對比，我們得出了以下結(jié)論：

1.健康良好的“學習觀”有利于他們成績的穩(wěn)定，學習的提升。

2.健康良好的“戀愛觀”有利于他們正確認識“早戀”，躲開“青春炸彈”，順利完成學業(yè)。

3.健康良好的“金錢觀”“交友觀”“人生價值觀”有利于他們?nèi)松亩ㄎ?，價值的實現(xiàn)。

那么我們的當務(wù)之急是幫助在這些心理方面不夠好的同學加以改變，讓他們努力向健康正常上靠近，以利于自己的學業(yè)、就業(yè)和今后的人生。具體我們制定了以下措施和方案：

一、學習方面

作為高中生，必然會把高考作為頭等大事，這本無可非議，但是社會、學校、家庭等各方面卻又“火上澆油”，給他們帶來更多更大的壓力。所以，我們有以下建議和方法：

1.我們希望國家方面能夠逐漸淡化、分流高考，不要再制造“千軍萬馬過獨木橋”的緊張氣氛。

2.對壓力過大、過于看重考試的同學實施減壓。告訴他們?nèi)松皇嵌膛苜惗邱R拉松；高考不是結(jié)束而是人生的開始；人生的成功是長期努力慢慢積累的結(jié)果。

3.對學習沒有動力、厭學情緒嚴重的同學則要采取加壓的方式。要告訴他們：你可能認為學習很艱難，很痛苦，很沒勁，但是人生中又有哪些事情是簡單易做的呢？

4.針對不同的同學選取不同的文章、書籍、影片來讓他們閱讀觀看，讓別人的故事、講述、道理、情感來打動他們，進而影響他們、改變他們。

二、早戀方向

1.教師面對面談心。對于深陷早戀、有早戀苗頭、對早戀有疑惑的同學，一定要單獨談心，確保對他們隱私的保護。

2.在班級開展以“早戀的利與弊”為話題的辯論賽，引導學生遠離不正常心理行為。

3.選取相關(guān)的文章、書籍、影片來讓他們閱讀、觀看。

選取這類文章、書籍、影片時教師要特別謹慎，因為有一些書籍、影片可能更多地出于商業(yè)考慮，專用愛情情節(jié)來吸引人的眼球，不但對青少年起不到正面教育作用，可能反而會起壞作用，所以我們自己先認真閱讀、觀看這些書籍和電影，進行篩選。

三、人生觀、價值觀方面

1.組織學生舉行以“我心目中的英雄”為話題的演講賽。

經(jīng)過大約一周的準備，演講賽如期舉行。他們一個個精神抖擻、氣宇軒昂，好像自己也成了英雄。具體心目中的英雄真是千奇百怪：有古代，有現(xiàn)代，有外國的，還有“感動中國”中的一些人物以及當代的一些影星、歌星等。他們的稿子大多主題鮮明、人物突出、文采優(yōu)美，他們的演講大多聲音洪亮、情緒飽滿激昂，他們的肢體動作還自然嫻熟、引人注目……場上揮灑自如、氣勢蓬勃，場下掌聲雷動、歡呼成片。更重要的是他們文章中所傳達出來的對人及人生、人的價值及追求的理解讓我們熱淚盈眶，深感欣慰。

2.教師選取幾篇典型的文章在班級誦讀，讀完后針對文章中涉及的“金錢觀”“交友觀”“人生觀價值觀”讓學生展開討論。分析主人公行為的對錯，提出自己本人在這些方面擁有的疑惑。這是在舉行了演講賽的基礎(chǔ)上進行的一個升級訓練，主要為了考察他們對人生的認識是僅流于表面，是一時的；還是扎根內(nèi)心，是永久的。

3.推薦相關(guān)文章、書籍供學生閱讀，相關(guān)影片及視頻供學生觀看。

對于所閱讀的書籍及觀看的影片，要求學生寫出心得、體會、觀后感，并通過我們的批閱來感受學生的認識及心理發(fā)生的細微變化，及時捕捉這些變化，對好的現(xiàn)象加以鼓勵，對有所偏差的地方及時引導及規(guī)勸。

4.春節(jié)假期期間給學生布置一個任務(wù)，放假回家對自己周圍那些外出打工的年輕人尤其是同齡人做一個采訪。他們大多都能很好地完成了任務(wù)，并自覺地寫下了心得感受，另外，也能從那些人身上進一步認識到了生活的不易和辛酸，認識到了學習及知識的重要性。進而震撼了他們的心靈，改變了他們的心理，也更明白了人生的真正意義和追求。

5.了解“屠呦呦獲諾貝爾獎的事件”及觀看“2015年度感動中國人物頒獎晚會視頻”，發(fā)起了“如何做人，做一個什么樣的人”的大討論，引導他們進一步明確自己的人生追求。

經(jīng)過不斷的努力，我們所做的各項工作雖說有困難、有障礙，但是看著學生們一個個臉上綻放的笑容，一個個精神抖擻、陽光開朗的樣子，感受著他們的心里、心態(tài)、認識尤其是行為舉止上的巨大進步，我們感到十分欣慰。

第3篇：對量子力學的認識范文

與運用矩陣作為計算工具的矩形力學相比，波動力學更適合初學者，它使用比較簡單的微動語言和初等的微積分方程，是量子理論的基本應(yīng)用中最常使用的形式。

關(guān)鍵詞：量子力學波動學薛定諤函數(shù)

量子力學是研究微觀粒子的運動規(guī)律的物理學分支學科，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的理論基礎(chǔ)。量子力學不僅是近代物理學的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學等有關(guān)學科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。①

作為量子力學的兩大形式之一，波動學在近代物理學中的地位尤為重要，它由薛定諤創(chuàng)立，與海森伯等人創(chuàng)立的矩陣力學在數(shù)學形式上是等價的，都是量子力學的基石。

在很長的歷史時間段里，人們對于經(jīng)典物理學的研究從來沒有停止過，并且一直致力于建立一個相對完美的經(jīng)典物理學體系，力圖囊括并解決人們已然發(fā)現(xiàn)的所有物理學問題。但隨著科學的發(fā)展和思想認識的進步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)這種所謂“完美”的物理學體系是不存在的，光電效應(yīng)、黑體輻射、線狀光譜以及固體和分子比熱容等問題都無法在已經(jīng)構(gòu)建的經(jīng)典物理學體系中找到答案。

波動學顧名思義是根據(jù)微觀粒子的波動性建立起來的用波動方程來進行描述的微觀粒子運動的規(guī)律的理論。德布羅意于1924年提出假設(shè)――微觀粒子具有波動性，開啟了波動學研究的大門。繼而薛定諤于1926年在波動性假設(shè)的基礎(chǔ)上提出微觀粒子運動滿足的波動方程，并成功利用此方程解決了氫原子問題，后來在面對其他具體問題時進行更新和完善，發(fā)展出了較為完善的近似計算方法。

與運用矩陣作為計算工具的矩形力學相比，波動力學更適合初學者，它使用比較簡單的微動語言和初等的微積分方程，是量子理論的基本應(yīng)用中最常使用的形式。

波動力學的主要思想是由薛定諤確立的，舊的力學理論要相當于光學中用彼此孤立的光線來處理問題，新的波動力學要相當于光學中用波動理論處理問題。從舊理論轉(zhuǎn)變到新理論的標志之一就是引入了與光的衍射現(xiàn)象十分類似的現(xiàn)象。

在微小精確的系統(tǒng)里，舊的理論不斷被取代，對于為什么原子的直徑與假設(shè)的波長的播出具有相近的數(shù)量級，薛定諤認為這并非巧合。薛定諤的思想大約從四個方面提出：

（1） 原子領(lǐng)域中電子的能量是分立的。

（2） 在一定的邊界條件下，波動方程的振動頻率只能取一系列分立的本征頻率。

（3） 哈密頓雅克比方程不僅用以描述粒子運動，也可以描述光波。

（4） 愛因斯坦和德布羅意關(guān)于波粒二象性的思想。電子可以看成一股波，其能量E和動量P可用德布羅意公式與波長和頻率聯(lián)系在一起。②

在薛定諤波動方程的基礎(chǔ)上，達朗貝爾給出了一維標量波動方程的一般解：u(x,t) = F(x-ct)+G(x+ct)

考慮兩個初始條件：

解：

u(x,0)=f(x)

u_{,t}(x,0)=g(x)

這樣達朗貝爾公式變成了:

u(x,t)=\\frac{f(x-ct)+f(x+ct)}+\\frac\\int_^{x+ct}g(s)ds

在經(jīng)典的意義下，如果f(x)\\inC^k并且g(x)\\inC^則u(t,x)\\inC^k。

波動是自然界中極其普遍的現(xiàn)象。人類早期觀察較多的波動是水面波，以及由弦或膜的振動導致的機械波，這些都具有可視的形態(tài)。后來逐漸認識了一些不可目視的波動，如聲波、電磁波、光波。20世紀的研究深入到微觀層次之后，發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)波。波動力學的發(fā)展源遠流長，最早發(fā)端于最小作用原理，該原理可以說是“眾理之母”。當前大量波動力學研究工作涉及數(shù)學上的非線性微分方程，對其物理學意義反而有忽視的傾向。對電磁波的研究工作仍是波科學的重要方面，其基本理論尚待澄清之處甚多。波動力學的發(fā)展表明，經(jīng)典電磁波方程應(yīng)與量子力學波方程聯(lián)系起來研究，孤立地討論經(jīng)典的場與波的時代早已結(jié)束。③

就在一代又一代科學家的努力下，波動學逐漸發(fā)展成較為全面的系統(tǒng)。薛定諤、德布羅意等一系列科學家參與建立了量子力學。并成功將其推動為近代物理學的基礎(chǔ)理論之一。其背后的科學背景如今將來依舊令人驚嘆，作為一個物理學家、文人作家等身份于一身的人，薛定諤是一個性情中人，不拘一格加浪漫情懷使得創(chuàng)立理論之初被很多人懷疑，甚至參加討論會議時也因其怪異打扮被招待生誤會，就是這樣一個“怪才”之人，開創(chuàng)了量子力學的新紀元，將量子力學壯大，運用科學與哲學思想，將波動力學推向世界。

1926年10月，薛定諤參與訪問哥本哈根，并與波爾開展了關(guān)于量子力學物理意義的大辯論，至此，波動力學的初始階段結(jié)束，不久之后，量子力學的發(fā)展邁入一個全新的階段。

波動力學在不斷完善的過程中仍有很多問題亟待解決：雖然在完全摒棄舊的體系，以新的體系取而代之的情況下，波動力學就不會存在問題，但是這一做法面臨很多困難。因為按照波動力學理論，對于粒子而言有無限條可能的軌道，其中沒有哪一條比其他軌道更加優(yōu)越，使其能夠成為個別情況下的真實運行軌道。然而另一個實際情況卻是：我們確實有看到過單個粒子的軌道。至今波動力學也無法對此作出準確解釋。一切的源頭來自于粒子的不確定性。

參考文獻：

①《量子力學》第二版 曾謹嚴 科學出版社

②《論量子力學的基石――矩陣力學和波動力學》朱洪杰華中師范大學

第4篇：對量子力學的認識范文

【關(guān)鍵詞】PBL教學法；量子力學；電子科學與技術(shù)專業(yè)；教學改革

量子力學與相對論的提出，被稱為20世紀物理學的兩個劃時代的里程碑。特別是量子力學的創(chuàng)立，揭示了微觀物質(zhì)世界中物質(zhì)屬性及其運動規(guī)律，造就了20世紀人類科學技術(shù)的輝煌，推動了原子能技術(shù)、航天航空技術(shù)、電子技術(shù)等方面的發(fā)展，并開辟了光子技術(shù)的誕生之路，將人類社會推進了信息時代。通過量子力學課程的學習，可使學生掌握量子力學的基本概念和基本理論，具有利用理論知識分析和解決實際問題的能力。量子力學課程的突出特點是理論性強、抽象難懂，在課程教學中需要特別把握好這些抽象理論知識的“入門教育”，把握得當，會達到事半功倍的效果。

根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的文件精神，提高質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)，是建設(shè)高等教育強國的基本要求。應(yīng)適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展和科技進步的要求，推進課程改革，提高課堂教學質(zhì)量，充分調(diào)動學生學習積極性和主動性，提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。因此，在近幾年量子力學課程的教學改革實踐中，針對量子力學教學中出現(xiàn)的學生自主學習熱情不高的現(xiàn)狀，結(jié)合量子力學的課程特點，立足于提高學生學習積極性和培養(yǎng)學生科學探索精神及創(chuàng)新能力，提出了基于“PBL教學法”，即基于問題學習（Problem-Based Learning）、以學生為主體的量子力學課程教學改革的研究，摸索出一套行之有效的教學方案。

1 “PBL教學法”設(shè)計方案

“PBL教學法”是一種基于問題學習的教學方法，將學習置于復雜的有意義的問題情境中，激勵學生積極探索隱含于問題背后的科學知識，實現(xiàn)知識體系的建構(gòu)和轉(zhuǎn)化，同時鼓勵學生對學習內(nèi)容展開討論、反思，教師則以提問的方式推進這一過程，最終使學生在一個螺旋式上升的良性循環(huán)過程中理解知識，實現(xiàn)學習的不斷延續(xù)，以促進學生解決問題、自主學習能力的發(fā)展，以及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的提高。具體設(shè)計模式如圖1所示。

圖1 “PBL”教學法設(shè)計模式框圖

與傳統(tǒng)教學方法相比，“PBL教學法”對教師備課和教學實施過程提出了更高要求。

1.1 PBL教師備課

（1）確定問題。問題是PBL的起點和焦點。問題的產(chǎn)生可以是學生自己在生活中發(fā)現(xiàn)的有意義、需要解決的實際問題，也可以是在教師的幫助指導下發(fā)現(xiàn)的問題，還可以是教師根據(jù)實際生活問題、學生認知水平、學習內(nèi)容等相關(guān)方面提出的問題。

（2）提供豐富的教學資源。教學資源是實施PBL的根本保障。隨著網(wǎng)絡(luò)課程、精品課程體系的建設(shè)，教師可以利用網(wǎng)絡(luò)課程為學生解決問題提供多種媒體形式和豐富的教學資源。

（3）對學習成果提出要求，給學生提供一個明確的目標和必須達到的標準。

1.2 PBL教學實施

（1）學生分組。學生分組后，要讓每個小組清楚地知道自己所要承擔的任務(wù)，問題解決所要達到的目標，也要確定好小組內(nèi)每個成員具體的任務(wù)分工。

（2）創(chuàng)設(shè)問題情境、呈現(xiàn)問題。布朗、科林斯等學者認為，認知是以情境為基礎(chǔ)的，發(fā)生在認知過程中的活動是學習的組成部分之一，通過創(chuàng)設(shè)問題情境可吸引學習者。

1.3 PBL案例分析

例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時，有學生認為波函數(shù)是經(jīng)典物理學的波，也有學生認為波函數(shù)由全部粒子組成。這些問題的討論激發(fā)了學生的求知欲望，可以通過分組進行小組內(nèi)討論，再將討論結(jié)果進行小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正，實現(xiàn)學生對一些不易理解的量子概念和原理的深入理解。

2 用量子物理發(fā)展的淵源吸引學生

量子力學理論與學生長期以來接觸到的經(jīng)典物理體系相距甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無關(guān)聯(lián)，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。因此，在量子力學教學中，一方面需要學生摒棄在經(jīng)典物理學習中形成的固有觀念和認識；另一方面在學習某些基本概念和基本理論時，又要求學生建立起與經(jīng)典物理之間的聯(lián)系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數(shù)學推導之中，導致學習興趣缺失。教學實踐證明，針對以上教學中發(fā)現(xiàn)的問題，應(yīng)特別注意用學科理論自身的魅力吸引學生，通過盡可能還原量子力學早期的發(fā)展過程，讓學生自己去體會量子力學的基本概念是如何建立并逐步完善的，最大限度地激發(fā)學生學習本課程的熱情，也有助于學生深入理解教學內(nèi)容。

3 抽象理論形象化，與學生深入探討

量子力學課程的突出特點是抽象難懂，對此我們進行了探索。例如在量子力學教學中，“任何實物粒子都具有波粒二象性”是教學中的難點和重點。如何理解波粒二象性？我們可以先從光的波粒二象性入手，通過“光電效應(yīng)”實驗引出問題，通過總結(jié)光電效應(yīng)實驗的特點，發(fā)現(xiàn)與經(jīng)典理論之間的嚴重矛盾，并通過諸多矛盾引出了愛因斯坦的光量子理論和光電方程，進而深入探討光的本性和實質(zhì)。隨著內(nèi)容的深入，我們可以進一步提出：波粒二象性是光子和一切實物粒子的共同本質(zhì)，而且波動性和粒子性這兩方面必有某種關(guān)系相聯(lián)系。并順理成章的指出物質(zhì)波的概念和德布羅意關(guān)系式，從最基本的假定出發(fā)作出類比推理，理論的獨創(chuàng)性給人深刻的印象。

在此，還可以以學生的口吻提出兩個問題。

問題1）物質(zhì)粒子既然是波，為什么人們在過去長期實踐中把它們看成經(jīng)典粒子并沒有犯什么錯誤？

我們可以通過實物粒子子彈的德布羅意波長的求解找到答案，這是由于普朗克常數(shù)h是個小量，一般實物粒子的德布羅意波長λ=h/p很短，短到可以忽略不計。

問題2）在什么情況下可以近似的用經(jīng)典理論來處理問題？在什么情況下又必須顧及運動粒子的波粒二象性？

進而作出解答，一般來說，當運動粒子的德布羅意波長遠小于該粒子本身的尺寸時，可以近似的用經(jīng)典理論來處理；否則，需要用量子理論來處理。

這種層層深入，帶著問題尋找答案的教學方法符合邏輯思維，學生很容易接受，將抽象而復雜的問題形象化、簡單化。

4 聯(lián)系量子力學的未來發(fā)展激發(fā)學生求知的渴望

盡管量子力學是以微觀世界為研究對象，但它對我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憛s非常大。例如，在當今科學界還提出了量子通信的新概念，是實現(xiàn)完全保密的最佳通信方式，直接導致引領(lǐng)現(xiàn)今量子信息理論和研究的熱潮，代表著21世紀信息技術(shù)革命―量子通信技術(shù)的發(fā)展方向。教師可以鼓勵學生對與量子力學緊密相關(guān)的實際應(yīng)用技術(shù)進行調(diào)研，打消學生學習量子力學“無用化”的顧慮，激發(fā)學生自主學習的熱情。

5 結(jié)束語

近幾年，針對量子力學教學中出現(xiàn)的實際問題，結(jié)合量子力學的課程特點，我們提出了基于“PBL教學法”的量子力學課程教學改革的研究，取得了一些成效，對于理論性較強的其他課程也具有較強的理論指導意義和推廣應(yīng)用價值。

【參考文獻】

[1]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）[R].2010.

[2]曾謹言.量子力學：卷1[M].2版.北京：科學出版社，1997：235-278.

[3]鄒艷.淺談量子力學的教學改革[J].物理與工程，2009，19（4）：40-41.

第5篇：對量子力學的認識范文

物理學專業(yè)可分為“縱向深入”和“橫向擴張”兩方向?！翱v向深入”是向更微觀和更高速領(lǐng)域的深入探索，獲得描述新的領(lǐng)域最核心的物理模型?！皺M向擴張”是在“縱向深入”中得到的每一個區(qū)域的核心物理模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用該模型來探索和解決該領(lǐng)域每一個更具體和更復雜的問題，伸向更精細的世界。

縱向世界

下圖是目前物理學的四個“基本理論”所統(tǒng)治的區(qū)域，它是一個普遍的力學系統(tǒng)，用一個數(shù)學模型來描述物質(zhì)、時間和空間，以及他們之間的關(guān)系。這四個“基本理論”是人類幾百年來“縱向深入”所得到的四個核心物理模型。

一、經(jīng)典力學（Classical Mechanics）

圖中左下區(qū)域是“宏觀低速”區(qū)域，稱為經(jīng)典力學（Classical Mechanics）領(lǐng)域，即最早的牛頓力學及其后續(xù)發(fā)展的拉格朗日力學，哈密頓力學等。在中學物理課程中主要涉及的部分是牛頓力學。這里基本的數(shù)學模型是：空間是最簡單的歐幾里得幾何的三維空間，時間是另外一個和空間維完全無關(guān)的維度。物質(zhì)是質(zhì)點，或者是有限體積的質(zhì)點集合（剛體，流體），或者是遍布全空間無限體積的質(zhì)點集合（場，如電磁場）。質(zhì)點在空間中的運動符合伽利略變換。

這個領(lǐng)域孕育了第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命。它的“縱向深入”突破點是麥克斯韋的電動力學，并由此導致量子力學和相對論力學領(lǐng)域的出現(xiàn)。

二、相對論力學（Relativistic Mechanics）

圖中的右下區(qū)域是縱向深入到“宏觀高速”的區(qū)域，即愛因斯坦的相對論力學（Relativistic Mechanics）領(lǐng)域。

這里基本的數(shù)學模型是：狹義相對論（Special Relativity）時空是閔可夫斯基四維時空，即一維時間和三維空間由光速不變原理緊密聯(lián)系，組成一個平直的四維時空背景。廣義相對論（General Relativity）的時空是黎曼時空，即一個彎曲的四維時空。相對論力學里物質(zhì)依然是經(jīng)典力學里的質(zhì)點、體或場，但是它會直接影響時空背景。質(zhì)點在四維時空中的運動符合洛侖茲變換。

這個模型揭示了時間和空間不再是經(jīng)典力學中和物質(zhì)運動獨立無關(guān)的背景，而是與物質(zhì)的質(zhì)量、能量和運動緊密聯(lián)系。

三、量子力學（Quantum Mechanics）

圖中左上區(qū)域是縱向深入到“微觀低速”的區(qū)域，即量子力學（Quantum Mechanics）的地盤。它的建立以普朗克、愛因斯坦、波爾、德布羅意等物理學家的工作為先導，以海森堡、薛定諤、狄拉克、泡利等物理學家的工作為主體。

這里基本的數(shù)學模型是：時空還是經(jīng)典力學中歐幾里得的三維空間加上獨立的一維時間，物質(zhì)運動還是符合伽利略變換，但物質(zhì)本身卻不再是質(zhì)點或者質(zhì)點的集合，而是分布在全空間的波函數(shù)。一切物理量的取值都要靠它與波函數(shù)在全空間的積分才能得到。

這個模型揭示了真實的微觀物質(zhì)不是只具備粒子性的質(zhì)點，而是同時具有波動性，即分布在全空間的波。

這個領(lǐng)域是現(xiàn)代物理學最大的領(lǐng)域，它孕育了20世紀后半葉的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命，使人類全面步入信息時代。

四、量子場論（Quantum Field Theory）

圖中右上區(qū)域便縱向深入到“微觀高速”區(qū)域，即量子場論（Quantum Field Theory）領(lǐng)域。它是量子力學和狹義相對論的結(jié)合。從量子力學的幾位創(chuàng)始人到標準模型的建立者，諸多20世紀物理學家們的工作完成了這個建立過程，其中包括楊振寧教授和李政道教授的貢獻。

這里基本的數(shù)學模型是：物質(zhì)的基本粒子是分布在完全的閔可夫斯基四維時空的波動場的激發(fā)態(tài)，場的基態(tài)是能量不為零的真空態(tài)。一個基本粒子的出現(xiàn)和消失（產(chǎn)生和湮滅）是它的場在該模式上的躍遷。場用量子化的拉格朗日密度來描述。

這個模型揭示了真實的物質(zhì)不僅是量子力學中分布在全空間的波，還和狹義相對論中的時空背景緊密相連。

從各個區(qū)域所建立起來的基本數(shù)學模型來看，量子場論區(qū)域是目前描述自然界最精確的模型，量子力學區(qū)域是描述自然界的低速近似，相對論力學區(qū)域是描述自然界的宏觀近似，經(jīng)典力學是描述自然界的宏觀低速近似（顯然關(guān)系已經(jīng)不大了）。

在這我們只能用“近似”兩個字，因為人類在了解和認識自然界的過程中是一個不斷深入的漸進的認識過程，一個不斷積累的認識過程，這個過程將永遠不斷地有新的發(fā)現(xiàn)，就像我們觀賞大自然的美景一樣，沒有終極，越看越美麗，越看越新奇。

橫向世界

一、經(jīng)典力學（Classical Mechanics）

經(jīng)典力學模型應(yīng)用到具體的物質(zhì)運動形式上就可建立剛體力學、流體力學、聲學，以及經(jīng)典的光學、電學、熱力學、磁學等學科?，F(xiàn)在的物理學家已經(jīng)很少涉及這個領(lǐng)域，因為在這個領(lǐng)域里基本的模型早已建立完畢并經(jīng)受住了時間的考驗，物理學家也早已把這個地盤交到工程師的手上了，研究的主流變成是對這些規(guī)律的應(yīng)用，這個領(lǐng)域與人類日常生活關(guān)系最近。

對于有志于從事機械、建筑、汽車、航天、熱能動力等專業(yè)的學子來說，牛頓力學和熱力學等是必須要掌握的物理基礎(chǔ)，這些物理基礎(chǔ)引發(fā)了人類第一次工業(yè)革命。對于有志于從事電力、通訊、電子工程等專業(yè)的學子來說，經(jīng)典電磁學和電動力學是必須要掌握的物理基礎(chǔ)，這些基礎(chǔ)引發(fā)了人類第二次工業(yè)革命。

學好這些基礎(chǔ)，能讓你輕快地進入到這些實用的領(lǐng)域中發(fā)展。

二、相對論力學（Relativistic Mechanics）

相對論力學模型應(yīng)用到具體的物質(zhì)運動形式上就可建立天體物理學、宇宙學等學科方向，研究宇宙大尺度物理現(xiàn)象，如引力等，從業(yè)人數(shù)在物理學界占較小的部分。

對于有志于研究天文學和恒星、地外行星、黑洞等各種天體以及宇宙奧秘的學子來說，這個領(lǐng)域便是其歸宿。這個領(lǐng)域的實驗主要以望遠鏡觀測為主。相對論力學領(lǐng)域是人類認識宇宙和了解宇宙的最前沿，它是人類了解太空的一扇窗口，但是離人類日常生活較遠。工作單位一般是各個天文臺、大型的地面觀測站和太空觀測站等科研部門。

三、量子力學（Quantum Mechanics）

量子力學模型應(yīng)用到具體的物質(zhì)運動形式上就可建立原子物理學、分子物理學、量子光學、量子電子學，以及凝聚態(tài)物理學等學科。物理學家中在這個領(lǐng)域的人數(shù)最多，僅凝聚態(tài)物理專業(yè)的人數(shù)就要占所有物理學家的三分之一以上，是物理學最大的分支。保守估計以量子力學為基礎(chǔ)理論的這個區(qū)域中的物理學家人數(shù)應(yīng)該超過所有物理學家總?cè)藬?shù)的一半。近十年的諾貝爾物理學獎有6次頒給了這個領(lǐng)域的科學家。

這個領(lǐng)域的特點是基礎(chǔ)理論模型完善，計算方便。實驗規(guī)模小，可在實驗室桌面上進行。理論和實驗課題數(shù)量多且分散，而且作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)領(lǐng)域，和化學與生物學等其他學科聯(lián)系緊密，因此它橫向擴張的速度最快，成果也遠多于物理學其他三個區(qū)域。

這個領(lǐng)域孕育了20世紀的現(xiàn)代科技革命，如半導體元件的發(fā)明、激光器的誕生、磁存儲介質(zhì)、液晶，以及最熱門的納米材料、超導體等都是拜他它所賜。因此這個領(lǐng)域不但適合想從事物理研究的學子加入，而且也適合想從事微電子學、納米材料、量子信息技術(shù)等新興專業(yè)的學子們學習。

四、量子場論（Quantum Field Theory）

量子場論模型應(yīng)用到具體的物質(zhì)運動形式上建立了量子電動力學（QED），電弱統(tǒng)一理論，量子色動力學（QCD）等理論，作為粒子物理（高能物理）的基礎(chǔ)理論，同時研究基本粒子的束縛態(tài)如重子、介子和原子核結(jié)構(gòu)等。這個領(lǐng)域是向物質(zhì)奧秘探索的最前沿，基本理論內(nèi)容最深奧、計算難度大，但是橫向擴張的工作很多。實驗需要在大型的粒子加速器上進行，規(guī)模龐大，課題集中，成果多是十年磨一劍，因此進展緩慢。

對于有志于探索物理最前沿的學子來說，這個領(lǐng)域最適合,但更需要具備耐得住寂寞和世俗誘惑的能力。這個領(lǐng)域風光無限，魅力無限。

結(jié)語

第6篇：對量子力學的認識范文

Abstract:Science generates the scientific thought, Scientific thought guides the development of science . This paper sorts out the revolution of science in the 20th century, and then analyzes the scientific thought in the 20th-century.

關(guān)鍵詞:科學科學革命科學思想

Key word:Sciencescientific thoughtthe revolution of science

作者簡介:趙福成,河北師范大學法政學院2007級科學技術(shù)哲學專業(yè)碩士研究生。

20世紀發(fā)生的兩次科學革命是科學長期發(fā)展和積累的結(jié)果,但其深刻性和廣泛性,是歷代科學革命所無法比擬的。這驅(qū)使不少科學家去研究現(xiàn)代物理學革命的特征,探索科學發(fā)展的規(guī)律。

一、20世紀兩次全局性的科學革命

第一次是現(xiàn)代物理學革命。x射線直接地揭開了原子的秘密;湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子標志著人類對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的開始;盧瑟福提出的原子模型,揭示了粒子和它的構(gòu)造是怎樣的;質(zhì)子中子的發(fā)現(xiàn),對于認識原子核的內(nèi)部具有重要意義;湯川秀樹提出介子學說,還提出了核力場的方程和核力的勢,即湯川勢的表達式;狄拉克提出了反粒子理論;蓋爾曼提出了介子有一堆正反夸克組成,重子由三個夸克組成;愛因斯坦的相對論是關(guān)于時空和引力的基本理論,分為狹義相對論和廣義相對論;從普朗克的能量子假說,到愛因斯坦的光量子假說,薛定諤的波動觀念,到玻恩對函數(shù)的統(tǒng)計解釋,海森伯的測不準原理及玻爾的互補原理,實現(xiàn)了量子力學的建立。

第二次是綜合性科學革命。標志性事件是:1946年第一臺計算機問世;弗里德曼提出的非靜態(tài)宇宙模型,認為宇宙是可能膨脹的;哈勃確定了星系紅移和距離之間的線性關(guān)系,證實了宇宙膨脹理論;勒梅特提出了宇宙爆炸說;伽莫夫把核物理學的知識同宇宙膨脹理論結(jié)合起來,發(fā)展了大爆炸理論,并用它來說明化學元素的起源;1948年系統(tǒng)論、信息論、控制論建立;申農(nóng)與貝塔朗菲代表作的出版,標志著交叉科學信息論、控制論、一般系統(tǒng)論的誕生;1957年,古德等為系統(tǒng)工程論奠定了基礎(chǔ);60年代以來,又出現(xiàn)了新的交叉科學――突變論、協(xié)同論和耗散結(jié)構(gòu)理論;50年代板塊構(gòu)造學說問世,魏格納提出大陸漂移說,由地幔對流說、海底擴張說等階段,到勒比雄等提出了全球大地板塊構(gòu)造學說;1969年耗散結(jié)構(gòu)理論問世;應(yīng)用計算機對大氣科學和流體力學進行數(shù)值研究;分析力學中數(shù)學理論的進展,以及統(tǒng)計物理中遠離平衡態(tài)系統(tǒng)性態(tài)的研究,促進了非線性科學的發(fā)展; 1971年新興綜合性學科協(xié)同學問世;1972年突變理論問世并發(fā)展成為一個新的數(shù)學分支。

二、對兩次科學革命的科學思想淺析

(一)從歷時性(縱向)看20世紀科學思想的變遷

分析這兩次科學革命,我們可以把20世紀的科學思想分為兩個階段。在20世紀上半葉,科學的基礎(chǔ)性、主導型成果是相對論和量子力學,提出了關(guān)于時空相對性、空間彎曲、質(zhì)量和能量的關(guān)系、作用量子、波粒二象性、測量中主客體的關(guān)系、量子力學的統(tǒng)計性解釋等思想,科學認識進入了宏觀高速運動領(lǐng)域、微觀領(lǐng)域和宇觀領(lǐng)域。在20世紀下半葉,主要科學成果是宇宙大爆炸理論、板塊構(gòu)造理論、分子生物學理論以及耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學、混沌學、量子場論、量子宇宙學、規(guī)范場論、弦理論等,還提出了宇宙膨脹、全球地質(zhì)觀、遺傳信息、系統(tǒng)自組織理論思想以及多重宇宙、多重歷史、黑洞輻射、時間圈環(huán)、多維空間、虛粒子、虛時間等猜想。

(二)從共時性(橫向)看20世紀科學思想的特征

20世紀的科學有兩大思潮:追求統(tǒng)一性與探索復雜性。

追求自然的統(tǒng)一性,一直是科學追求的基本目標?；谂ｎD力學、電磁場學、化學原子論等近代科學碩果,到20世紀初,科學家們認為自然界統(tǒng)一于原子和力。到20世紀50年代,愛因斯坦是追求統(tǒng)一性的主要代表,他試圖把自然界的物質(zhì)和作用統(tǒng)一于場。愛因斯坦是對以牛頓為代表的力學機械論的主要批判者,他的相對論有力的沖擊了絕對主義自然觀、科學觀和思維方式,相對論本身也是追求統(tǒng)一的產(chǎn)物,它追求力學與電磁學、慣性系與非慣性系的統(tǒng)一?？墒菒垡蛩固乖诮y(tǒng)一場論的過程中,又戲劇性的轉(zhuǎn)向了絕對主義。在愛因斯坦之后,追求統(tǒng)一性的思潮發(fā)展為追求4種基本作用的“大統(tǒng)一”,不少科學家甚至追求包羅萬象的終極理論。量子場論、量子宇宙學、弦理論都體現(xiàn)出科學家追求統(tǒng)一的努力。

量子力學初步揭示了微觀世界的復雜性,強調(diào)自然世界的不確定性和微觀世界不同與宏觀世界的特殊性。以玻爾為代表的哥本哈根學派對量子力學的解釋,同物理學機械論是根本相悖的。愛因斯坦與哥本哈根學派的爭論,是堅持物理學機械論和反對無力學機械論這兩種思潮的爭論。

在20世紀后50年,普利高津提出了探索性的口號,使他成為復雜性科學思潮的主要代表。量子宇宙學、弦理論并不是根據(jù)現(xiàn)有的實驗建構(gòu)起來的,也很難用實驗來驗證,在一定意義上可以說具有“超驗性”。在這種背景下,科學日益趨向數(shù)學化、模型化,思辨的色彩也越來越濃。狄拉克說,數(shù)學是特別適合于處理抽象概念的工具,在這個領(lǐng)域數(shù)學的力量是沒有限制的。到了霍金,這種意識就更加強烈了,數(shù)學模型被看做是追求統(tǒng)一的工具。20世紀上半葉,馬赫等人都上升到哲學,從哲學高度進行探索和解釋。這將對21世紀科學的發(fā)展具有重要的啟迪意義。

參考文獻:

[1] 周林等 科學家論方法[M ] 內(nèi)蒙古人民出版社,1985年

[2] 狄拉克 量子力學原理[M ] 科學出版社,1965年

第7篇：對量子力學的認識范文

[關(guān)鍵詞]：計算科學　計算工具　圖靈模型　量子計算

中圖分類號：TP301

文獻標識碼：A　文章編號：1003-8809(2010)-09-0004-01

1、“摩爾定律”與“計算的極限”

人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升?傳統(tǒng)計算機計算能力的提高有沒有極限?對此問題，學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高，最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計算的結(jié)果――造成熵的降低，這種向低熵方向無限發(fā)展的運動被哲學界認為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計算機的計算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學家認為到21世紀30年代，芯片內(nèi)導線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米)，此時，導線內(nèi)運動的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律――牛頓力學沿導線運行，而是按照量子力學的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象，從而導致芯片無法正常工作；同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后，晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)。

哲學家和科學家對此問題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說，電子計算機計算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在21世紀前30年內(nèi)終止。著名科學家，哈佛大學終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出：“科學代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學)。它純粹是人為的。但我們相信，通過追尋“夢想―發(fā)現(xiàn)―解釋―夢想”的不斷循環(huán)，我們可以開拓一個個新領(lǐng)域，世界最終會變得越來越清晰，我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的?！盵論/文/網(wǎng)LunWenNe#Com]

2、量子計算系統(tǒng)

量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學家費曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統(tǒng)的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題：量子力學系統(tǒng)的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現(xiàn)象為例，在干涉過程中，相互作用的光子每增加一個，有可能發(fā)生的情況就會多出一倍，也就是問題的規(guī)模呈指數(shù)級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了，不過，在費曼眼里，這卻恰恰提供一個契機。因為另一方面，量子力學系統(tǒng)的行為也具有良好的可預測性：在干涉實驗中，只要給定初始條件，就可以推測出屏幕上影子的形狀。費曼推斷認為如果算出干涉實驗中發(fā)生的現(xiàn)象需要大量的計算，那么搭建這樣一個實驗，測量其結(jié)果，就恰好相當于完成了一個復雜的計算。因此，只要在計算機運行的過程中，允許它在真實的量子力學對象上完成實驗，并把實驗結(jié)果整合到計算中去，就可以獲得遠遠超出傳統(tǒng)計算機的運算速度。

在費曼設(shè)想的啟發(fā)下，1985年英國牛津大學教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學定律推導出一種超越傳統(tǒng)的計算概念的方法即推導出更強的丘奇――圖靈論題。費曼指出使用量子計算機時，不需要考慮計算是如何實現(xiàn)的，即把計算看作由“神諭”來實現(xiàn)的：這類計算在量子計算中被稱為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明：量子計算在一些特定的計算領(lǐng)域內(nèi)確實比傳統(tǒng)計算更強，例如，現(xiàn)代信息安全技術(shù)的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(shù)(如1024位的十進制數(shù))分解為兩個質(zhì)數(shù)的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”，困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進行。目前，就是將全世界的所有大大小小的電子計算機全部利用起來來計算上面的這個1024位整數(shù)的質(zhì)因子分解問題，大約需要28萬年，這已經(jīng)遠遠超過了人類所能夠等待的時間。而且，分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級增大，也就是說如果要分解2046位的整數(shù)，所需要的時間已經(jīng)遠遠超過宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺量子計算機，我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數(shù)了。

3、量子計算中的神諭

人類的計算工具，從木棍、石頭到算盤，經(jīng)過電子管計算機，晶體管計算機，到現(xiàn)在的電子計算機，再到量子計算。筆者發(fā)現(xiàn)這其中的過程讓人思考：首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進行計算，隨后，人們發(fā)明了算盤，來幫助人們進行計算。當人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動“算珠”，機器也可以用來搬動“算珠”，而且效率更高，速度更快。隨后，人們用繼電器替代了純機械，最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進計算工具的同時，數(shù)學家們開始對計算的本質(zhì)展開了研究，圖靈機模型告訴了人們答案。

量子計算的出現(xiàn)，則徹底打破了這種認識與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對量子力學實驗的在現(xiàn)實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復雜的大量運算。可以說，這是一種革命性的思考與解決問題的方式。

因為在此之前，所有計算均是模擬一個快速的“算盤”，即使是最先進的電子計算機的CPU內(nèi)部，64位的寄存器(register)，也是等價于一個有著64根軸的二進制算盤。量子計算則完全不同，對于量子計算的核心部件，類似于古代希臘中的“神諭”，沒有人弄清楚神諭內(nèi)部的機理，卻對“神諭”內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)果深信不疑。人們可以把它當作一個黑盒子，人們通過輸入，可以得到輸出，但是對于黑盒子內(nèi)部發(fā)生了什么和為什么這樣發(fā)生確并不知道。

4、“神諭”的挑戰(zhàn)與人類自身的回應(yīng)人類的思考能力

隨著計算工具的不斷進化而不斷加強。電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加強了人類整體的科研能力，那么，量子計算系統(tǒng)的產(chǎn)生，會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力，并最終解決困擾當今時代的量子“神諭”。不僅如此，量子計算系統(tǒng)會更加深刻的揭示計算的本質(zhì)，把人類對計算本質(zhì)的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。

如果觀察歷史，會發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構(gòu)成了我們理解世界的“公理”，人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大，隨著該系統(tǒng)的不斷增大，人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規(guī)律：

第8篇：對量子力學的認識范文

關(guān)鍵詞：實驗探究；邊緣科學知識 ；綜合科學知識；實際應(yīng)用科學知識

江西省2008年實行人教版高中物理新課程至今，教材有較大突破，體現(xiàn)為以下幾點：

一、教材將以前的三本書分成七本書，其中必修為兩本，是所有學生必學的內(nèi)容。選修有五本，是側(cè)重理科學生學習的。而且選修的五本就不同省份高考的考生來說，只須選學其中四本。這樣學生的負擔大大降低了。

二、教材內(nèi)容梯度好，欄目豐富。

例如選修3-4第十一章機械振動共分五節(jié)，第一節(jié)主要通過水平彈簧振子、沙漏的擺動、豎直彈簧振子的實驗探究得出簡諧運動的位移隨時間變化的關(guān)系，從而定義簡諧振動。書中的兩個兩“做一做”又從其他角度實驗探究驗證簡諧振動的位移隨時間變化的圖象，該節(jié)提供了七個實驗探究簡諧振動的位移隨時間變化的圖象，讓學生思維更開闊，對簡諧振動定義獲得過程留下很深的絡(luò)印，和較大的興趣。

三、教材新增實際應(yīng)用的理論探究，對學生理解新問題有更深的指導，有利于提高學生的綜合素質(zhì)。

例如選修3-4第十二章機械波新增了“多普勒效應(yīng)”和“惠更斯原理”兩節(jié)。通過學習“多普勒效應(yīng)”，學生就能理解如何測車速來監(jiān)控車的違章情況；如何算出星球靠靠近或遠離我們的速度；彩超的原理等，還可激發(fā)學生對科學的興趣。通過學習“惠更斯原理”，學生增強了對波的反射、折射、衍射現(xiàn)象的邏輯理解，對學生利用邏輯思維理解和分析問題有較大的提高。

四、教材新增了對邊緣科學的學習

例如選修3-2第十章“傳感器”和選修3-4第十五章“相對論簡介”，讓學生知道狹義相對論和廣義相對論的基本邏輯理解，對科學的探究有更廣的猜想。而傳感器是實際應(yīng)用較普遍的，介紹了光敏電阻、熱敏電阻、溫控開關(guān)等文件在電器中的工作原理，還有一些常見電路的分析，使學生對電子技術(shù)在現(xiàn)代化產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用有了解，加強了學生對科學學習的重要性認識和興趣。

五、增設(shè)實驗，培養(yǎng)探索式學習

選修3-5第十六章第一節(jié) 實驗：探究碰撞中的變量

從生產(chǎn)、生活中的現(xiàn)象（包括實驗現(xiàn)象）中提出研究的問題——碰撞前后會不會有什么物理量保持不變呢？接著提出了猜想。為了證實猜想而提出了“實驗的基本思路”和實驗中“需要考慮的問題”。同時，提供三套實驗方案供學校選擇，最后讓學生親自動手，經(jīng)歷并體驗尋找碰撞中“不變量”的過程。重點是引導學生經(jīng)歷碰撞問題的研究過程。

一方面為下兩節(jié)“動量和動量定理”“動量守恒定律”的引入提高實驗的基礎(chǔ)；另一方面，讓學生親自經(jīng)歷探究自然規(guī)律的過程，感悟自然界的和諧與統(tǒng)一；同時，將實驗技能的訓練與科學探究過程的體驗，有機地結(jié)合。教科書設(shè)計這一節(jié)實驗課，重在培養(yǎng)探究式學習的目的。

六、增設(shè)與其它學科相關(guān)知識，提高學習認識綜合知識的聯(lián)系。牢固樹立人類對世界探求是不斷深入的思想。

例如：3-5第十七章 波粒二象性 第5節(jié)“不確定性關(guān)系”，本節(jié)內(nèi)容是在上一節(jié)基礎(chǔ)上進一步深化的。學生已經(jīng)知道單個微觀粒子的運動具有不確定性，但它在空間某點出現(xiàn)的概率卻可通過波動規(guī)律確定。本節(jié)通過光的單縫衍射實驗，具體分析了這種不確定性的數(shù)量關(guān)系，給出了量子力學中一個著名的教學關(guān)系式——不確定性關(guān)系：。通過介紹經(jīng)典物理學和圍觀物理學中物理模型與物理現(xiàn)象的巨大差異，量子力學對社會進步的重要性及對量子理論的論爭，為學生用新的觀點來認識微觀物理世界提供了有效的空間，也為學生今后學習量子力學搭建過渡之橋。雖然我們不可能知道單個粒子運動情況，但是大量粒子的運動卻是有規(guī)律的。這種隨機現(xiàn)象遵從統(tǒng)計規(guī)律，要從波的理論推測它的哪個地方的幾率有多大。反復強化這個概念，不確定性關(guān)系的模型才能逐漸在學生心中建立。通過物理模型與物理現(xiàn)象的教學，讓學生明確，模型是人類認識自然的一種方式，模型是對自然的一種抽象、純化，但模型本身并不是自然本身。

教材簡要介紹了量子力學對人類社會的重要貢獻，讓學生明確已學的能量子、光子、波粒二象性、不確定關(guān)系是量子力學的基礎(chǔ)，盡管以量子理論為基礎(chǔ)建立起來的現(xiàn)代技術(shù)已取得巨大成功。但是，對于“量子”的圖景和哲學意義，卻一直存在嚴重的分歧和激烈的爭論。讓學生樹立科學是不斷發(fā)展的思想，將爭議回歸到愛因斯坦那句話：整整50年有意識的思考，并沒有使我更接近“光量子是什么”這個問題的答案。現(xiàn)在的理論并不是對微觀粒子運動規(guī)律的終極觀念，這種為了滿足我們“肉眼凡胎”而創(chuàng)立的模型，雖然比較完美地解釋了現(xiàn)在所觀測到的一切，但隨著認識的深入，我們現(xiàn)在認為的單個微粒運動的隨機規(guī)律也可能是不完備的模型，我們也可能會了解它的真實圖景，科學研究沒有終點站。

第9篇：對量子力學的認識范文

【關(guān)鍵詞】中學 化學教學 量子空間論

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0154-01

（小敘）：課篇第一章節(jié)細讀、研讀、探透性知識點。

1.尋找研究方法 2.課題的研究內(nèi)容

3.課題研究的一些成果 4.鞏固建筑語錄

【序言】

化學是在分子、原子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律的科學。化學不斷地發(fā)展著，目前，人們發(fā)現(xiàn)和合成的物質(zhì)已有幾千萬種，其中很多是自然界中原本不存在的；這極大地改善了人類的生存和發(fā)展條件，豐富了人們的生活。

例如：

1.納米銅（1nm=10?9m ）具有超塑延展性，在室溫下可拉長50多倍而不出現(xiàn)裂紋。

2.用隔水透氣的高分子薄膜做的鳥籠。

3.單晶硅為信息技術(shù)和新能源開發(fā)提供了基礎(chǔ)材料。

4.用玻璃鋼制成的船體。

總之，作為實用的、富于創(chuàng)造性的中心學科，化學在能源、材料、醫(yī)藥、信息、環(huán)境和生命科學等研究領(lǐng)域以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著其他學科所不能替代的重要潛質(zhì)作用。近年來，“綠色化學”的提出，使更多的化學生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品向著環(huán)境友好的方向發(fā)展，化學必將使世界變得更加絢麗光彩。

【尋找研究方法】

第一單元 走進化學世界；

1.物質(zhì)的變化和性質(zhì)

2.化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學

3.走進化學實驗室

第二、三單元 我們周圍的空氣與自然界的水；空氣、氧氣（氧氣的制?。⑺慕M成、分子和原子、水的凈化?！皭圩o水資源”。

第四、五單元 物質(zhì)構(gòu)成的奧妙、簡單統(tǒng)計應(yīng)用；原子的構(gòu)成、元素、離子、化學式與化合價 ：

如何正確書寫化學方程式”？利用化學方程式的簡單計算？

第六、七單元 C與C的氧化物燃料及其利用；

分析：金剛石、石墨和C60 （1.CO2 的制取？ 2.CO2 與CO的區(qū)別、聯(lián)系？）

應(yīng)用：燃燒和滅火？燃料和熱量？

環(huán)保問題：“燃料對環(huán)境的影響”

自留田地：“石油和煤的綜合利用？”

第八、九單元 金屬與溶液的問題；

熟記、認識：金屬、金屬材料、金屬的化學性質(zhì)；

金屬資源的利用和保護、溶液的形成；

溶解度、溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)。

第十、十一、十二單元 酸與堿 、鹽與化肥 、“化學與生活”。

生活中常見的：1.酸與堿

2.酸與堿之間會發(fā)生什么反應(yīng)

3.鹽

4.化學肥料

人體：1.人類重要的營養(yǎng)物質(zhì)

2.化學元素與人體健康

3.有機合成材料

學生自認化學常用儀器。學習“附錄”相關(guān)記錄 。

【課題的研究內(nèi)容】

無機化學中量子（分子、原子）力學論

量子化學（Quantum chemistry）是理論化學的一個分支學科，是應(yīng)用量子力學的基礎(chǔ)原理和方法研究化學問題的一門基礎(chǔ)科學。研究范圍包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定分子的結(jié)構(gòu)、性能及其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應(yīng)等問題。

量子化學是理論化學的一個分支學科，是應(yīng)用量子力學的基本原理和方法，研究化學問題的一門基礎(chǔ)科學。

1927年海特勒和倫敦用量子力學基礎(chǔ)原理討論氫分子結(jié)構(gòu)問題，說明了兩個氫原子能夠結(jié)合成一個穩(wěn)定的氫分子的原因，并且利用相當近似的計算方法，算出其結(jié)合能。由此，使人們認識到可以用量子力學原理討論分子結(jié)構(gòu)問題，從而逐漸形成了量子化學這一分支學科。

【課題研究的一些成果】

生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結(jié)合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用，甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)，設(shè)計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧妙，進而調(diào)控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過程和作用特點設(shè)計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

【鞏固建筑語錄】

化學中常見“離子反應(yīng)”包括：“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”和“離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件”兩部分。

無機化學中最關(guān)鍵的是要有實觀性：基礎(chǔ)高層次的“化學方程式”們。

其次，稀土元素中的各種化學量變、質(zhì)變及各種物理、化學性反應(yīng)。

再次，金屬的利用、及高等積存用途。

還有，就是氣體的大力層存在行式。如同：水、陸、空，人類的生活方式。

參考文獻：

[1]初中九年級化學上、下冊課本，人民出版社出版，2011年版。