中美著名大學(xué)《量子力學(xué)》課程比較與分析

目錄/提綱：……
一、中美著名大學(xué)《量子力學(xué)》課程的比較
二、對(duì)國內(nèi)高�！读孔恿W(xué)》課程建設(shè)的啟示
其一、考慮到教學(xué)學(xué)時(shí)的不斷下降和教學(xué)內(nèi)容基本不變之間的矛盾量子力學(xué)的學(xué)習(xí)
……
中美著名大學(xué)《量子力學(xué)》課程比較與分析

張立彬（教育部南開大學(xué)外國教材中心，天津 300071）
徐皓、劉學(xué)文（南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院，天津 300071）

內(nèi)容摘要：根據(jù)中美高校物理學(xué)排名，筆者搜集了美國12所頂尖高校與中國10所著名大學(xué)的量子力學(xué)課程及其教材等信息，在此基礎(chǔ)上，比較了中美著名大學(xué)量子力學(xué)課程的內(nèi)容、教材與參考書使用情況、培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)方式、師資力量等。通過比較發(fā)現(xiàn)了美國量子力學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)和國內(nèi)教學(xué)的不足，本文可為國內(nèi)量子力學(xué)課程教學(xué)的改善提供一定的啟示與借鑒。
關(guān) 鍵 詞：量子力學(xué)；美國大學(xué)；中國高校；課程特點(diǎn)；課程比較；物理教材

量子力學(xué)是“四大力學(xué)”的物理課程之一。對(duì)于各高校物理教學(xué)是必不可少的基礎(chǔ)課
程。它是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它主要研究原子、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(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)
的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等有關(guān)學(xué)科和許多
近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。[1]
為了深入了解量子力學(xué)的教學(xué)情況，我們調(diào)研收集了美國物理學(xué)排名前十二的高校的
課程情況、教材使用等信息，通過分析美國高校的培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容、學(xué)時(shí)、教學(xué)方式
等來了解他們的量子力學(xué)課程的特點(diǎn)，并與國內(nèi)進(jìn)行了比較分析。研究的結(jié)果可為國內(nèi)量
子力學(xué)的教學(xué)給予啟示。
文章收集了美國十二所頂尖大學(xué)（位列全美物理學(xué)排名前十二名）的量子力學(xué)課
程信息，包括了課程主講內(nèi)容、使用教材及參考書等。這些學(xué)校有：麻省理工學(xué)院
（Massachusetts
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略1098字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
力學(xué)中的基本原理：態(tài)疊加原
理，引出了量子力學(xué)基本方程：薛定諤方程，并通過求解一維定態(tài)問題，展示了波動(dòng)力學(xué)
中利用薛定諤方程求解問題的基本方法。然后，從量子力學(xué)的另一條線索出發(fā)，介紹力學(xué)
量用算符表達(dá)與表象變換以及力學(xué)量與時(shí)間的演化與對(duì)稱性，建立矩陣力學(xué)的基本形式。
然后求解了一些簡(jiǎn)單的物理模型，比如中心力場(chǎng)、粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等等。同時(shí)介紹
了自旋、力學(xué)量本征值代數(shù)解法、定態(tài)與非定態(tài)微擾論等內(nèi)容。最后介紹量子躍遷、多粒

子體系和散射理論。
通過比較美國各大高校的課程內(nèi)容發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外的量子力學(xué)教學(xué)內(nèi)容大同小異，見表
1。

美國大學(xué)
麻省理工學(xué)
院[2]

表1：美國部分高校量子力學(xué)的課程信息及教材、參考書（星號(hào)標(biāo)記）信息

課程名稱
量子力學(xué) I

課程代碼
8.04

教材及參考書

[1]Eisberg,
Robert
M.; Resnick, Robert
E. Quantum Physics
of
Atoms,
Mole-
cules, Solids, Nuclei,
and Particles. John
Wiley
&
Sons,
Incorporated ISBN-
13: 9780471873730
[2] French, A. P.;
Taylor, Edwin F.
An Introduction to
Quantum
Physics.
W.
W.
Norton
&
Company,
Incorporated ISBN-
13: 9780393091069

課程描述

內(nèi)容包含：量子物理實(shí)驗(yàn)
（光電效應(yīng)，康普頓散射，
弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)）；波爾原
子模型，電子衍射，德布羅
意波，波粒二象性。波動(dòng)力
學(xué)的簡(jiǎn)介：薛定諤方程，波
包，幾率振幅，海森堡不確
定性原理，零點(diǎn)能；薛定諤
方程的解， 一維勢(shì)井，簡(jiǎn)諧
振動(dòng)，三維中心勢(shì)場(chǎng)的薛定
諤方程的解，氫原子系統(tǒng)。

量子力學(xué)II

8.05

[1]Griffiths,
David
J. Introduction to
Quantum Mechanics.
Benjamin-
Cummings
Publishing
Company ISBN-13:
9780131118928

內(nèi)容包含：量子力學(xué)的一般
形式化：態(tài)、算符、狄拉克
符號(hào)、表象、測(cè)量理論；簡(jiǎn)
諧振動(dòng)：算符代數(shù)，量子態(tài)
等；三維中的量子力學(xué)：中
心力場(chǎng)，束縛態(tài)，散射態(tài)，
波函數(shù)的定性分析。角動(dòng)量
理論：算符，交換代數(shù)，本
征值，球諧函數(shù)。自旋：斯
特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)，核磁共
振，自旋和統(tǒng)計(jì)。角動(dòng)量耦
合：克萊布什-高登系數(shù)，
自旋系統(tǒng)， 氫元素的同素異
形結(jié)構(gòu)。

量子力學(xué) III

8.06

[1]Griffiths, David
J. Introduction to
Quantum Mechanics.
Benjamin-
Cummings
Publishing
Company ISBN- 13 :
9780131118928
[2]Cohen-Tannoudji,
Claude; Diu,
Bernard ; Laloe,
Frank Quantum
Mechanics. John
Wiley & Sons,
Incorporated ISBN-
13: 9780471569527
[3]Feynman,
Richard Phillips;
Leighton, Robert
B.; Sands, Matthew
Lectures on Physics:
Commemorative
Issue. Benjamin-
Cummings
Publishing
Company ISBN-13:
9780201021189
[4]Ohanian,
Hans
C.
Principles
of
Quantum
Mechanics. ISBN-13:
9780137127955

內(nèi)容包含：自然單位制，
（不含時(shí)）近似方法：微
擾理論，變法方法，波恩-
奧本海默近似。原子、分
子系統(tǒng)的中的應(yīng)用。單電
子、二電子原子結(jié)構(gòu)：自旋
軌道耦合，相對(duì)論修正，精
細(xì)結(jié)構(gòu)，變分法近似，塞曼
效應(yīng)，斯塔克效應(yīng)。帶電粒
子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。散射理
論，低能近似，含時(shí)微擾理
論等。

斯坦福大學(xué)
[3]

量子力學(xué)I

PHYSICS
130

量子力學(xué) II

PHYSICS
131

內(nèi)容包含：量子力學(xué)起源，
波動(dòng)力學(xué)，薛定諤方程，一
維系統(tǒng)的解，不確定性原
理，時(shí)間-能量不確定性關(guān)
系，三維問題與分離變量
法，氫原子，球?qū)ΨQ勢(shì)，角
動(dòng)量本征值，自旋等。
角動(dòng)量耦合，全同粒子，費(fèi)
米波色統(tǒng)計(jì)。微擾理論。精
細(xì)結(jié)構(gòu)，塞曼效應(yīng)，超精細(xì)
分離，氫原子。
變分原理
等。

加州理工學(xué)
院[4]
哈佛大學(xué)[5]

量子力學(xué)

量子力學(xué) I

Physics
125abc

Physics
143a

內(nèi)容為非相對(duì)論量子力學(xué)介
紹：不確定性原理，薛定諤
方程，狄拉克符號(hào)；矩陣力
學(xué)，一維問題（一維方勢(shì)
井，隧道，簡(jiǎn)諧振動(dòng)），角
動(dòng)量，氫原子，自旋，泡利
不相容原理，微擾理論，散
射。

量子力學(xué) II

Physics
143b

[1]Introduction
to
Quantum Mechan ……（未完，全文共12958字，當(dāng)前僅顯示3082字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《中美著名大學(xué)《量子力學(xué)》課程比較與分析》）