双一流建设背景下化学系本科量子力学课程模块建设

针对目前化学专业本科涉及量子力学内容的教学现状,整合结构化学和大学普通物理相关教学内容,厦门大学结构化学课程组开设了化学专业本科量子力学模块课程。本文对该新课程的教学内容与教学方式进行了探讨,并对该课程的未来发展进行了展望。

基于量子力学的PT对称无铁芯变压器机理提出及研究进展

正如光纤替代铜线成为信息传输媒介,这一变革引领了互联网的出现,改变了世界。无铁芯变压器(coreless transformer,CLT)若能替代有铁芯变压器,必将改变电能的传输技术甚至方式,引发能源领域新的一场技术变革。文中在世界上首次基于量子力学理论的宇称时间对称原理(parity-time symmetry,PT对称)实现了高效、高性能的CLT。文中首先论述CLT的研究现状及基于PT对称原理提出PT对称CLT思想的来源;进而,介绍所提出的SS型和SP型PT对称CLT的机理和工作特性,并与有铁芯变压器进行对比;然后,介绍所推广出的两种广义PT对称CLT;最后,总结PT对称CLT的优势及尚需解决的问题。文中的研究表明,PT对称CLT不仅可以达到有铁芯变压器相同的运行特性,且可以实现单位功率因数运行,有望将在中、小功率的高频电能变换中首先得到应用。

量子力学之波动力学(下)

5对薛定谔波动力学论文的即时响应对薛定谔的波动力学持排斥态度的,海森堡是不多的例外,而玻恩、泡利(稍微表示过不爽)、约当、狄拉克、冯·诺伊曼、朗道、福克等人则是迅速跟上去并做出了非常重要的工作。笔者觉得最离谱的要数索末菲。索末菲1919年出版了Atombau und Spektrallinien(原子构造与谱线)这本经典著作,里面有他1915—1916年构造原子模型、引入新量子数的工作,这可以说是启发量子力学——确切地说是矩阵力学——诞生的关键思想源泉。然而,1929年索末菲出版了Atombau und Spektrallinien,Wellenmechanischer Ergänzungsband(原子构造与谱线:波动力学增补版)。这几乎就是另一本书了。

量子力学之矩阵力学(下)

(接53卷第5期)5.2第二篇。图4是矩阵力学三部曲第二篇的截图。这篇长31页的论文分为五个部分:导言;第一章,矩阵计算;第二章,动力学;第三章,检验非简谐振子;第四章,电动力学评论。文章的作者为玻恩和约当。此文目的是把海森堡上一篇论文中的Ansatze发展成量子力学的系统理论(zu einer systematischen Theorie der Quantenmechanik)。

课程思政融入量子力学教学的研究与设计

以普通高校课程思政总体要求为研究依据,结合量子力学课程的结构和特色,深度研究和挖掘量子力学课程中蕴含的丰富的思政元素,探索在量子力学课程中开展课程思政教学的具体路径。以课程承载思政,将思政融于课程,达到激发学生的学习兴趣、锻炼学生的思辨能力、培养学生的爱国情怀和勇于追求真理的科学理性精神的目的。

应用型本科高校《量子力学》课程教学改革思路探索

本文以应用型普通本科高校《量子力学》课程的教学实践为基础,通过践行立德树人根本任务,开展混合式教学,强化科研育人理念等三个方面的教学实践,探索了《量子力学》课程教学实践的有效路径。本课程的教学改革和探索,不仅弥补了传统课堂教学模式下的教学课时少,师生互动缺乏,理论和实践脱节及学生学习动力不足的困境,也丰富了《量子力学》课程的教学手段和教学方法,培养了学生自主学习能力,提升了课程的综合育人效果。

高等量子力学研究生课程教学改革

根据新工科及双一流对理工科研究生高等量子力学的课程要求,结合课程自身特点,深入探讨教学要求、知识内容、教学方法、思政元素等方面,构建学科专业所需的高等量子力学课程体系.从量子力学的课程体系改革探讨新工科育人新模式,发挥量子力学在培养理工科材料专业创新型人才的理论认知度、创新实践能力等方面的积极作用,促进理论、科研实践及课程思政的有机融合,深化量子力学课程体系改革,提升学生探物究理的科学素养.

Taylor公式在量子力学近似计算的一些应用

高等数学中关于Taylor公式或者Taylor中值定理往往都是学生不好理解和消化的知识,尤其是学生不知道为什么要学习Taylor公式,在此通过几个量子力学有关的有意思的例子来说明Taylor公式的重要性,以及近似计算在学习和研究当中的重要性。

采用量子力学方法研究带正电氨基酸分子复合物间非键作用的强度

非键作用是自然界中广泛存在的分子间作用,参与到生命体中最基本的蛋白质与核酸的相互作用等过程。该过程以氨基酸侧链与碱基的相互作用为主,因此准确预测氨基酸侧链与碱基等生物分子的相互作用具有十分重要的科学意义。选用量子力学方法计算了15个含氨基酸侧链的带正电堆积复合物的相互作用能,并与CCSD(T)/CBS方法计算结果进行比较。计算结果表明,SCS-CCSD/CBS方法的均方根偏差为0.06 kcal/mol,线性相关系数为0.999 8;SCS-MI-CCSD/CBS方法的均方根偏差为0.11 kcal/mol,线性相关系数为0.999 9;MP2.5/CBS方法的均方根偏差为0.13 kcal/mol,线性相关系数为0.999 3,验证了上述方法的可靠性。而后进一步使用MP2.5/CBS方法计算精氨酸、组氨酸和赖氨酸侧链与中性分子形成堆积复合物在不同距离下的相互作用能,进而构建并完善了带正电氨基酸分子与中性分子间非键作用强度的标准数据。

论量子力学

本文尝试迈出朝向耦合之量子力学的第一步,其可从原子的重要性质(稳定性、跃迁频率的共振,以及对应原理)得到辩护,并自然地从经典规律中生发。此一理论包含克拉默斯的色散公式,并展现出同反常塞曼效应规则的海森堡表述之间的密切关系。

量子力学研究性教学探索与《量子力学现代教程》

作者在讲授“高等量子力学”课程的过程中,结合自己关于量子力学基础、应用和科学史的研究,对量子力学研究性教学进行了长期的实践探索。最近作者编著出版了《量子力学现代教程》一书,旨在反映这种研究性教学的基本精神:在课程内容和教学方式上,博采众长、学习国内外优秀教材;遵循学科发展的逻辑脉络,对基本知识集的选择和方法技巧的讲解没有走书书相传的捷径,而是在仔细消化理解经典论著后,通过当代语言讲透、补全重要观念阐述所必须逻辑链的各个环节,把学生必须掌握的专业知识变成学生宜于接受的特色教学内容。特色部分包括矩阵力学和波动力学的创立及其二者等价性证明、海森伯表象的时变内涵、全同多体系统的对称性自发破缺(超导与玻色—爱因斯坦凝聚)与能量泛函变分的关系、二次量子化表象变换的显式表达,以及远场散射波包演化和定态描述的一致性等。作者通过《量子力学现代教程》及其相关的研究生教学,践行研究性教学的基本理念,尽可能为物理学相关专业高年级本科生、研究生和其他读者提供直达量子力学研究前沿的“最小”且简洁自洽的基础知识集合,同时也为大学老师量子力学课程教学的水平提升提供参考。

热力学与量子力学在21世纪重新相遇

1引言四大力学都有其经典与量子相对应。经典力学对应量子力学,经典电动力学对应量子电动力学,经典统计力学对应量子统计力学,经典场论对应量子场论。唯一的例外就是经典热力学,目前通常的物理专业课程中还没有量子热力学。在国际单位制中有7个基本单位,其中6个已经可以在微观的原子层面定义。

量子力学革命是一次“小写的近代科学革命”

科学革命分为“大写的科学革命”和“小写的科学革命”。“旧量子论”是经验拟合的“特设性假说”。“新量子论”的革命性特征与近代科学相符合:量子力学认识对象本体论预设是机械的,认识论预设认识对象与认识者是分离的且是真理性追求的,方法论预设是祛魅的且是机械还原的。就此而言,量子力学革命是近代科学革命的延续,是一次“小写的近代科学革命”。至于现代科学革命,是有机论自然观基础上相应的方法论原则,如返魅性原则、复杂性原则、整体性原则、非决定性原则的贯彻。以此考察量子力学,它不属于现代科学革命。

量子力学完备性问题的哲学研究

从分析哲学视角探究量子力学的完备性问题,有助于重新肃清量子力学中存在争议的基本问题。关于量子力学是否完备的问题,自1935年至今仍处于被热烈讨论的氛围中,对这个问题的探讨促进了量子力学的发展。爱因斯坦直到晚年仍不赞同玻尔等学者对他关于量子力学完备性论证的驳斥,因为在他看来,解决这个问题得依靠逻辑。逻辑是关于推论的科学,特别是对科学语言进行逻辑分析。爱因斯坦的完备性论证是基于其认识论的本质而构建起来的推论。基于此,本文从完备性的内涵出发,从分析哲学视角考察爱因斯坦关于量子力学完备性的推理,揭示了量子力学的完备性具有两个层面的深刻内涵,即波函数Ψ和物理实在的对应关系的内在完备性、物理体系和物理实在的可描述性关系的外在完备性,并据此重新从分析哲学视角阐明量子力学完备性的相关基本问题。

新工科背景下“量子力学”课程教学方法探索

“量子力学”是光信息科学与技术等光电类工科专业的核心基础课程,也是训练学生原始创新能力的重要载体之一。针对工科专业“量子力学”课程教学面临的内容抽象、学时压缩、教学方式单一、数学基础薄弱等问题,探讨了借助思维导图凝练课程内容体系、利用类比思维和新媒体等方式理解量子理论的多种提升教学成效的教学方法。同时,结合光电类工科专业特点,在“量子力学”课程中融入光电器件等与量子现象相关的实物、光电领域研究前沿等与实践关联密切的内容,做好与专业课程的衔接,为提高新工科背景下“量子力学”课程教学水平,培养具有探索精神和创新意识的新工科人才提供参考。

融合思政和“对分课堂”理念的量子力学双驱教学模式探索

量子力学是物理学专业的核心主干必修课程,是后续课程的重要基础,而该课程教学中一直存在着难懂、难学、难教等问题.为改变现状,探索和实践了融入思政和“以学生为中心”理念的量子力学双驱教学模式.深入挖掘课程思政元素,将思政教育融入课程的讲授过程,对学生进行价值引领,提高科研素养,激发爱国情怀,营造一个优质外驱力.同时,在教学中设计“周周分享讨论”环节,让学生成为真正的学习主体,从“要我学”变成“我要学”,形成学习内驱力.实践表明,双驱教学模式有效提高了量子力学的整体教学质量.

浅谈量子力学中“微扰理论”的一种讲解方法

量子力学中的微扰理论无论在教学中还是在实际的科研应用中都至关重要,是量子力学教学中的重点与难点之一.本文通过重庆地图的画法与探究式提问方法,提出并探讨量子力学中“非简并态微扰理论”的一种新的讲解方法.通过具体的教学实践发现,该讲解方法可以有效地帮助本科生很快地吸收和消化微扰理论的基本思想、基本逻辑以及基本的技术应用思路.

OBE理念下量子力学线上线下混合式教学的探索与实践

以OBE教育理念为导向,以线上线下混合式教学为核心,针对量子力学课程,在课程资源建设、教学手段和方法的改进、课程教学内容的组织实施、线上线下混合式教学设计,以及课程成绩评定等多个方面进行了改革和实践,从而调动了学生的学习主动性,提高了人才培养的质量.

量子力学:揭秘微观世界的奇妙现象

在探索自然界的众多奥秘中,量子力学无疑是现代物理学的一颗璀璨明珠。这一理论不仅揭示了微观世界的基本规律,而且对我们理解整个宇宙的构造和运作方式产生了深远影响。量子力学的起源可以追溯到19世纪末,那是一个经典物理学已经发展成熟、但在解释某些微观现象时却显得力不从心的时代。在那个时期,黑体辐射和光电效应的研究成为了量子理论发展的催化剂。

量子力学教学中的几个数学细节

量子力学波动力学分支是建立在算符、本征值方程和算符代数的数学形式之上的.通过对三个教学情境:(1)算符x,p_(x)不可易的推导过程;(2)位置算符的特征波函数的推导过程;(3)力学算符的运动方程推导过程,所涉及数学细节的理解和解释,展现了量子力学教学中数学概念的清晰、推导的逻辑严密性和对数学形式的多样性及其它们彼此之间转换的灵活性的熟练掌握对量子物理概念理解的重要性.