《量子力学》教学大纲

《量子力学》教学大纲课程编号：10220130英文名称：QuantumMechanics学分：4学时：总学时64学时，其中理论64学时，实践0学时先修课程：普通物理学、数理方法、线性代数课程类别：专业拓展课程授课对象：物理学专业学生教学单位：数理信息学院修读学期：第5学期一、课程描述和目标量子力学是物理学专业及相关专业的一门重要的理论课程，它对学生的基础训练和科学素质的培养有着重要的地位和作用。量子力学研究微观粒子的运动规律，它不仅是近代物理的重要支柱之一，而且在核物理，固体物理，表面物理，激光，生物学，化学等许多近代科学和技术中有着广泛的应用。通过对本课程的学习，使学生掌握描述微观粒子的基本原理和思想方法，并初步具有运用这些方法解决一般问题的能力。培养学生的抽象思维能力和分析问题、解决问题的能力。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：熟练掌握量子力学基本原理，微观粒子运动方程，力学量的算符理论，表象理论，自旋及其描述，初步会用量子力学的知识解决简单实际问题。课程目标2：深刻理解量子力学基本原理。深刻理解描述微观世界物理思想，将力学量算符、波函数的的物理意义与测量、表象等知识联系起来，体会其中的关联。学会求解简单的定态薛定谔方程，分析实际问题。课程目标3：了解初等量子力学的内涵与外延。了解量子力学的绘景、算符与矩阵的关系，幺正变换，掌握Dirac算符及其运算法则，占有数表象及升降算。塞曼效应、光谱精细结构的量子力学解释。学会利用所学知识分析、解释实际物理问题。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重指标点3-1：理解自然科学知识体系，扎实掌握物质科学、生命科学以及地球与宇宙科学等领域的基本概念和科学定律，理解科学探究的过程与方法，掌握模型建构、归纳与演绎、分类、演化等科学思维方式。课程目标1课程目标2课程目标3H指标点3-4.理解科学、技术、社会以及环境的相互关系，了解科学学科与社会实践的关系，以及与其他学科的联系，具备运用科学知识和方法分析和解决实际问题的能力。课程目标1课程目标2M三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1绪论基本要求：了解量子力学诞生的实验基础和历史背景；光的波粒二象性；德布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设。重点：微观粒子的波粒二象性。难点：光的波粒二象性。德育要求：培养学生善于思考，勇于创新的探索精神。2教师讲授小组讨论课程目标1课程目标22波函数和薛定谔方程基本要求：波函数描述状态的基本原理和波函数的统计解释；态叠加原理；薛定谔方程和定态薛定谔方程；解定态薛定谔方程的方法和步骤。重点：定态薛定谔方程。难点：一维线性谐振子。德育要求：通过学习波函数统计解释，培养学生透过现象看本质，具备抓住事物的根本和关键的能力。12课堂讲授专题讨论课程目标1课程目标23量子力学中的力学量基本要求：了解算符的概念及其基本运算法则；算符的本征值和本征函数的基本概念；厄密算符的本征值和本征函数的重要性质；力学量期望值的计算；一般三维中心力场下薛定谔方程求解的基本步骤和氢原子问题；不确定关系。重点：力学量期望值的计算。难点：氢原子问题。德育要求：培养学生树立科研强国的意识。14课堂讲授视频教学课堂讨论课程目标1课程目标24态和力学量的表象基本要求：态和力学量表象的概念，态和力学量在Q表象下的表示；量子力学公式的矩阵表述方法，矩阵的本征方程的求解；不同表象之间的变换关系；狄拉克符号。重点：力学量在Q表象下的表示。难点：矩阵的本征方程的求解。德育要求：引入找国科技工作者在量子通信领域内的开创性工作，勉励学生为科技强国而努力学习。10课前导学课堂讲授专题讨论课程目标2课程目标35微扰理论基本要求：定态微扰的适用范围和条件；非简并的定态微扰论；简并的定态微扰论介绍，能级一级修正的计算和零级波函数的确定；氢原子的一级斯塔克效应及理论解释；变分法；含时微扰论与跃迁概率。重点：非简并的定态微扰论。难点：含时微扰论与跃迁概率。德育要求：启发学生要能根据实际问题选择合适的方法，培养学生求实创新的精神。10课前导学课堂讲授专题讨论课程目标2课程目标36散射理论基本要求：散射截面；分波法；玻恩近似。重点：散射截面。难点：分波法；玻恩近似。德育要求：通过讲解散射理论，引出我国科学家在高能物理领域的重要贡献，增强学生的民族自豪感，培养学生的工匠精神和社会主义核心价值观。6课前导学课堂讲授课程目标1课程目标2课程目标37自旋和全同粒子基本要求：电子自旋假设；自旋算符和矩阵表示；全同粒子的特性，全同粒子体系的波函数和泡利原理；两个电子体系的自旋波函数。重点：全同粒子体系的波函数。难点：自旋算符和矩阵表示。德育要求：通过自旋概念的引入，给学生讲解创新的不易，勉励学生勇于创新。10课前导学课堂讲授视频教学课堂讨论课程目标1课程目标2课程目标3合计64四、课程教学方法课堂集中讲授、小组讨论、线上教学、视频教学、习题课等教学方式五、学业评价和课程考核推行多元评价，对本课程所采用的评价和考核方式作具体说明，若采用多种考核方法请分别列出考核评价的方法、内容、考核标准、成绩占比等，考核方法、内容应突出“学生中心、产出导向”。（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由平时作业与课堂表现、期中测试、期末考核组成，均按百分制计分，其中期末考核成绩占60%、平时作业成绩占20%、期中测试占20%。2.课程目标达成考核与评价序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业与课堂866202期中测试1082203期末考试3024660课程目标对应分值483814100（二）考核与评价标准1.平时与课堂成绩考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作业与课堂按时完成，90%以上的作业内容齐全，准确。课堂表现良好（不迟到、回答问题积极）。按时完成，70%以上的作业内容齐全、较准确。课堂表现较好。延时完成，60%以上的作业内容齐全，正确率一般。课堂表现一般。不交和补交，50%以下的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握有偏差。2.期中测试与评价标准根据测试题目及评分标注进行打分（百分制）。3.期末试卷考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末考核试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合应用及解决复杂问题的能力，根据考试题目设计相应评分标准。（百分制）六