理論物理導(dǎo)論大綱與考綱

《理論物理導(dǎo)論》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱英文名稱課程類別理論物理導(dǎo)論課程編碼100103014IntroductiontoTheoreticalPhysics學(xué)科基礎(chǔ)課學(xué)分?jǐn)?shù)4.5學(xué)分開課學(xué)期第五學(xué)期總學(xué)時(shí)講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)其它機(jī)動(dòng)總學(xué)時(shí)及其分配適用專業(yè)3232電子信息科學(xué)與技術(shù)二、課程目的和任務(wù)二十世紀(jì)初開始的物理學(xué)基礎(chǔ)理論體系的重大變革—近代物理學(xué)的誕生是自然科學(xué)的一個(gè)革命性飛躍。以相對論，量子理論為先導(dǎo)，形成高能物理學(xué)，核物理學(xué)，低溫物理學(xué)，凝聚態(tài)物理學(xué)，激光物理學(xué)等學(xué)科，促成了核裂變，核聚變，半導(dǎo)體，晶體管，激光器等重大科技成果的出現(xiàn)，形成諸多影響人類社會(huì)生產(chǎn)力的高新產(chǎn)業(yè)。它改變了物理學(xué)乃至自然科學(xué)的面貌，掀開了人類自然觀和科學(xué)觀的新的一頁。近在代材料科學(xué)上，人們認(rèn)識(shí)到是物質(zhì)宏觀性質(zhì)的任何突破都是以對其微觀結(jié)構(gòu)及規(guī)律的認(rèn)識(shí)的突破為前提。因而，從事材料科學(xué)理論和應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生必須具有高能，微觀領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論知識(shí)，才能在后繼課程的學(xué)習(xí)中有所收獲，在今后的工作中有所創(chuàng)造。這便是開設(shè)這門課的目的。本課程在材料物理專業(yè)以及電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案中占有重要地位，起到承上啟下的作用,是學(xué)生學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程的必要的理論準(zhǔn)備。學(xué)習(xí)完本課程后，學(xué)生應(yīng)達(dá)到初步認(rèn)識(shí)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及規(guī)律，能掌握對微觀尺度物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的研究手段及方法，為學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課，如固體物理學(xué)等打下基礎(chǔ)。三、本課程與其它課程的關(guān)系本課程是在完成大學(xué)物理學(xué)和高等數(shù)學(xué)的課程學(xué)習(xí)后開設(shè)的。同時(shí)，是后繼專業(yè)課，如固體物理學(xué)等的基礎(chǔ)課。四、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)、教學(xué)進(jìn)度、學(xué)時(shí)分配（一）拉格朗日方程和哈密頓方程（2學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）自由度約束和廣義坐標(biāo)（2）拉格朗日方程（3）哈密頓函數(shù)哈密頓方程（4）哈密頓方程的物理意義2、重點(diǎn)：拉格朗日方程，哈密頓方程。3、教學(xué)要求：（1）了解：自由度約束和廣義坐標(biāo)。（2）理解：哈密頓方程的物理意義。（3）掌握：拉格朗日函數(shù)和哈密頓函數(shù)的定義，用拉格朗日方程和哈密頓方程分析運(yùn)動(dòng)。（二）薛定諤方程（8學(xué)時(shí)）1、.主要內(nèi)容：（1）光的波粒二象性（2）微觀粒子的波粒二象性（3）波函數(shù)及其物理意義（4）薛定諤方程（5）一維無限深勢阱中的粒子（6）一維線性諧振子（7）不確定關(guān)系（8）隧道效應(yīng)2、重點(diǎn)：波函數(shù)及其物理意義，薛定諤方程及定態(tài)薛定諤方程，不確定關(guān)系。

3、教學(xué)要求：（1）了解：微觀粒子的波粒二象性。（2）理解：波函數(shù)及其物理意義。（3）掌握：薛定諤方程解一維定態(tài)問題。（三）力學(xué)量的算符（4學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）算符的引入（2）算符的本征值和本征函數(shù)（3）算符的運(yùn)算規(guī)則線性厄米算符（4）厄米算法的本征函數(shù)的正交性和完全性（5）力學(xué)量平均值的計(jì)算（6）不同力學(xué)量同時(shí)有確定值的條件2、重點(diǎn)：厄米算法的本征函數(shù)的正交性和完全性。3、教學(xué)要求：（1）了解：不同力學(xué)量同時(shí)有確定值的條件。（2）理解：算符的運(yùn)算規(guī)則和線性厄米算符的定義。（3）掌握：算符的對易關(guān)系，厄米算法的本征函數(shù)的正交性和完全性及其證明。（四）氫原子和類氫原子的波函數(shù)和能級（3學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）有心力場中的電子（2）庫侖有心力場中的電子

（3）軌道角動(dòng)量算符（4）核外電子的幾率分布2、重點(diǎn)：庫侖有心力場中的電子3、教學(xué)要求：（1）了解：有心力場中的電子的特征。（2）理解：核外電子的幾率分布。（3）掌握：庫侖有心力場中的電子的能級和波函數(shù)，軌道角動(dòng)量算符對易關(guān)系。（五）定態(tài)微擾論原子的能級（3學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）無簡并定態(tài)微擾論（2）氦原子的基態(tài)能量2、重點(diǎn)：用定態(tài)微擾論求近似解。3、教學(xué)要求：（1）掌握：無簡并定態(tài)微擾論中能級和波函數(shù)一級修正。（六）電子自旋全同粒子原子中電子的能級排列（2學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）電子自旋的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（2）角動(dòng)量的普遍性質(zhì)簡介（3）自旋算符和自旋波函數(shù)（4）全同粒子波函數(shù)泡利原理2、重點(diǎn)：自旋算符和自旋波函數(shù)。

3、教學(xué)要求：（1）了解：電子自旋的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。（2）理解：全同粒子波函數(shù)泡利原理。（3）掌握：角動(dòng)量本征值和對易關(guān)系，自旋算符和自旋波函數(shù)。（七）熱力學(xué)的一些基本概念（0學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）簡史和特點(diǎn)（1）概念和定義2、重點(diǎn)：熱力學(xué)的發(fā)展過程及幾個(gè)熱力學(xué)的基本概念3、教學(xué)要求：（1）了解：熱力學(xué)的發(fā)展過程及幾個(gè)熱力學(xué)的基本概念。（2）理解：熱力學(xué)的發(fā)展過程及幾個(gè)熱力學(xué)的基本概念。（3）掌握：熱力學(xué)的發(fā)展過程及幾個(gè)熱力學(xué)的基本概念。（八）熱力學(xué)的第一、第二定律（2學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）概述（2）功和熱（3）熱力學(xué)第一定律內(nèi)能（4）熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用（5）熱力學(xué)第二定律（6）熱力學(xué)第二定律的兩種敘述方式等效的證明（7）卡諾定理

（8）克勞修斯不等式（9）熵的引入（10）熵增原理（11）熵增原理與熱力學(xué)第二定律2、重點(diǎn)：熱力學(xué)第一、二定律，熵增原理3、教學(xué)要求：（1）了解：熵增原理與熱力學(xué)第二定律的關(guān)系。（2）理解：卡諾定理，熵的定義。（3）掌握：熱力學(xué)第一、二定律，熵增原理。（九）熱力學(xué)函數(shù)（2學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）獨(dú)立變量的選擇（2）焓自由能吉布斯函數(shù)（3）麥克斯韋關(guān)系吉布斯－亥姆霍茲方程（4）熱動(dòng)平衡判據(jù)與條件（5）化學(xué)勢相平衡條件2、重點(diǎn)：焓自由能吉布斯函數(shù)3、教學(xué)要求：（1）了解：獨(dú)立變量的選擇。（2）理解：熱動(dòng)平衡判據(jù)與條件。（3）掌握：焓自由能吉布斯函數(shù)。（十）統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的基本概念（2學(xué)時(shí)）

1、主要內(nèi)容：（1）引言（2）相空間（3）宏觀態(tài)和微觀態(tài)（4）等概率原理熱力學(xué)概率（5）最概然分布（6）熵的統(tǒng)計(jì)意義2、重點(diǎn)：最概然分布3、教學(xué)要求：（1）了解：相空間，宏觀態(tài)和微觀態(tài)。（2）理解：等概率原理，熱力學(xué)概率。（3）掌握：最概然分布，玻爾茲曼公式。（十一）三種統(tǒng)計(jì)法及其應(yīng)用（4學(xué)時(shí)）1、主要內(nèi)容：（1）三種統(tǒng)計(jì)的熱力學(xué)概率表達(dá)式（2）三種統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)（3）玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)（4）麥克斯韋速度分布率（5）能均分定理（6）玻色統(tǒng)計(jì)（7）費(fèi)米統(tǒng)計(jì)2、重點(diǎn)：三種統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)

3、教學(xué)要求：（1）了解：玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)。（2）理解：麥克斯韋速度分布率，配分函數(shù)。（3）掌握：玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)的配分函數(shù)計(jì)算。五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容要求六、課程考核方式考試七、建議教材與教學(xué)參考書1、建議教材：[1]李衛(wèi)，劉義榮，《理論物理導(dǎo)論》，第二版，北京理工大學(xué)出版社，20072、教學(xué)參考書：[2]曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)卷I》，第二版，科學(xué)出版社，1997[3]錢伯初，曾謹(jǐn)言，《選與剖析上冊》，第二版，科學(xué)出版社，1999[4]吳強(qiáng)，柳盛典，《量子力學(xué)習(xí)題精解》，第一版，科學(xué)出版社，2003[5]王竹溪，《統(tǒng)計(jì)物理學(xué)導(dǎo)論》，第二版，高等教育出版社，1965[6]梁希俠，班士良，《統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)》，第一版，內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，2000[7]久保亮五，（徐振環(huán)譯），《統(tǒng)計(jì)力學(xué)》，第一版，高等教育出版社，1985[8]熊吟濤，《統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》，第一版，高等教育出版社，1981[9]陸果編，《基礎(chǔ)物理學(xué)教程下卷》，第一版，高等教育出版社，1998

理論物理導(dǎo)論課程考試大綱一、課程簡介課程編碼為：100103014課程類別為：技術(shù)基礎(chǔ)課授課學(xué)時(shí)：22學(xué)時(shí)適用對象為：材料物理/電子信息科學(xué)與技術(shù)課程考核方式：閉卷筆試?；窘滩呐c教學(xué)參考書：基本教材：1．李衛(wèi)，劉義榮，《理論物理導(dǎo)論》，北京理工大學(xué)出版社，2007，第二版教學(xué)參考書：1．曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)卷I》，科學(xué)出版社，1997，第二版2．錢伯初，曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)習(xí)題精選與剖析上冊》，科學(xué)出版社，1999，第二版3．吳強(qiáng)，柳盛典，《量子力學(xué)習(xí)題精解》，科學(xué)出版社，2003，第一4.王竹溪，《統(tǒng)計(jì)物理》，高等教育出版社，1965，第二版5．梁希俠，班士良，《統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)》，內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，2000，第一6.久保亮五，（徐振環(huán)譯），《統(tǒng)計(jì)力學(xué)》，高等教育出版社，1985，第一7.熊吟濤，《統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》，高等教育出版社，1981，第一8．陸果編，《基礎(chǔ)物理下卷》，高等教育出版社，1998，第一二、課程考試內(nèi)容及所占比重1、考試析力學(xué)基礎(chǔ)部分，廣義動(dòng)量，拉各朗日函數(shù)量子力學(xué)部分1、薛定諤光的波粒二象性，微觀粒，不確定關(guān)系，隧道效應(yīng)2、力學(xué)量的本征值和本征函數(shù)3、氫原子和類氫原子的波函數(shù)和能級庫侖有心力場中的電子的，軌道角動(dòng)4、定態(tài)微擾論原子的無簡并定態(tài)微擾論中能級和波函數(shù)一級修正，氫原子的5、電子自子原子中電子的電子自實(shí)驗(yàn)證據(jù)，角動(dòng)量本征值和對易關(guān)系，角動(dòng)6、電子在周期場中的——能帶論克龍尼格－朋奈模型，近自由電子模型和緊束縛模型，布洛赫函數(shù)版學(xué)導(dǎo)論版版版學(xué)教程版內(nèi)容分：自由度，拉各朗日方程，哈密頓函數(shù)及其物理意義，哈密頓方程：方程子的波粒二象性，波函數(shù)及其物理意義，薛定諤方程及定態(tài)薛定諤方程，一維無限深勢阱中的粒子的能級和波函數(shù)，一維線性諧振子的能級和波函數(shù)算符算符的，算符的對易關(guān)系，厄米算符本征函數(shù)的正交性和完全性，力學(xué)量平均值的計(jì)算，不確定關(guān)系式的嚴(yán)格證明能級和波函數(shù)量算符的本征值和本征函數(shù)，核外電子的幾率分布能級能級在均勻外場中的分裂，有簡并定態(tài)微擾論，多電子原子中電子的能級旋全同粒能級排列旋的量的普遍性質(zhì)簡介，自旋算符和自旋波函數(shù)，全同粒子波函數(shù)，泡利原理運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)，金屬、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶，布里淵區(qū)，晶體中電子的速度、加速度和有效質(zhì)量熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理部分：1、熱力學(xué)功和熱，熱力學(xué)第一定律內(nèi)能，熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，熱力學(xué)第二定律，熱力學(xué)第二定律的兩種敘述方式等效的證明，卡諾定理，克勞修斯不等式，，熵增原理，焓，自由2、統(tǒng)計(jì)物理能，吉布斯函數(shù)，麥克斯韋關(guān)系，吉布斯－亥姆霍茲方程，熱動(dòng)平衡判據(jù)與條件，化學(xué)勢，相平衡條件等概率原理，熱力學(xué)概率，最概然分布，熵的統(tǒng)計(jì)意義，三種統(tǒng)計(jì)的熱力學(xué)概率表達(dá)式，三種統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)