量子物理  080900M01001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:曹俊鹏
授课时间: 星期一,第1、2 节
授课地点: 教一楼115
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
授课时间: 星期三,第1、2 节
授课地点: 教一楼115
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、13、14
课程编号: 080900M01001H 课时: 50 学分: 3.00
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:曹俊鹏 助教:纪爱玲
英文名称: Quantum Physics 召集人:

教学目的、要求

本课程为物理电子学专业研究生的学科基础课。教学目的是使物理电子学专业的研究生及相关交叉学科的研究生系统地掌握量子物理的基础内容:实验基础与量子力学的基本概念和理论框架;双态系统;从一维系统到凝聚态物质,原子、分子、原子核、粒子及量子力学的新进展。为了加强实验和理论的结合,有全光纤量子密钥分发实验和贝尔不等式实验检验等实验演示。

预修课程

大学普通物理的光学部分、微积分和线性代数等

教 材

赵凯华,罗蔚茵编 ,《新概念物理教程:量子物理(第2版)》,高等教育出版社2008

主要内容

第一章	实验基础与量子力学的基本概念和理论框架(14学时)
内容:热辐射与普朗克的量子假说;光的粒子性和电子的波动性;电子干涉实验概率幅及其叠加;海森伯不确定度关系动力学变量算符;轨道角动量;空间操作算符薛定谔方程;态矢和态矢空间;电子的自旋;光子的角动量;光子的发射与吸收;量子力学基本原理小结。
教学重点和难点:从量子假说的实验出发,注重形象化和直观性,介绍量子力学的基本概念、理论框架。
第二章	双态系统 (6学时)
内容:等价双态系统;量子共振;受激发射理论中的爱因斯坦A、B系数;拉莫尔进动与磁共振;氢原子基态的超精细分裂。
教学重点和难点:以具体丰富的事例展示双态系统量子处理,由此介绍量子物理激动人心的最新成果。
第三章	从一维系统到凝聚态物质(10学时)
内容:散射态;束缚态;一维晶格中的电子;半导体;声子;超导现象和唯象理论;超导隧穿与量子干涉效应。
教学重点和难点:用量子力学的基本概念和语言介绍从一维系统到凝聚态物理众多基本概念和理论。
第四章	原子分子(10学时)
内容:前量子论时代的原子;类氢离子;原子的壳层结构与周期表;能级的精细结构;原子光谱;原子的磁矩与赛曼效应;共价键:分子轨函法和电子配对法;轨函杂化与分子的立体构型;分子能级与分子光谱。
教学重点和难点:这是本课程重点内容之一,量子力学就是在研究分析阐明原子光谱的过程中建立和发展起来的。本章从玻尔理论介绍开始,介绍原子能级结构、标示及原子光谱;分子共价键的形成、立体构型;分子能级与光谱。

第五章	原子核粒子 (4学时)
内容:原子核的组成和基本性质;天然核素的放射性衰变;核反应;裂变;聚变;核力;核结构模型;粒子物理的诞生;轻子与弱相互作用;强子与强相互作用。
教学重点和难点:形象和直观地介绍原子核的组成和基本性质,核反应、裂变、聚变等原子核物理的基本现象及粒子物理的基本概念。
第六章	量子力学的新进展  (6学时)
内容:波粒二象性的本质:量子态的纠缠; EPR佯谬和量子纠缠态的非定域性及实验演示;量子态超空间传态;量子计算;全光纤量子密钥分发实验和贝尔不等式实验检验等实验演示。
教学重点和难点:介绍量子物理的最新进展,并有实验演示。

参考文献

1.费恩曼(R.P.Feynman),莱顿(R.B.Leighton),桑兹(M.Sands)著;潘笃武,李洪芳译《费曼物理学讲义》第三卷, 上海科学技术出版社  2013