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理论物理导论大纲与考纲

《理论物理导论》教学大纲一、课程基本信息二、课程目的和任务二十世纪初开始的物理学基础理论体系的重大变革—近代物理学的诞生是自然科学的一个革命性飞跃。

以相对论,量子理论为先导,形成高能物理学,核物理学,低温物理学,凝聚态物理学,激光物理学等学科,促成了核裂变,核聚变,半导体,晶体管,激光器等重大科技成果的出现,形成诸多影响人类社会生产力的高新产业。

它改变了物理学乃至自然科学的面貌,掀开了人类自然观和科学观的新的一页。

在近代材料科学上,人们认识到是物质宏观性质的任何突破都是以对其微观结构及规律的认识的突破为前提。

因而,从事材料科学理论和应用专业的学生必须具有高能,微观领域的基础理论知识,才能在后继课程的学习中有所收获,在今后的工作中有所创造。

这便是开设这门课的目的。

本课程在材料物理专业以及电子信息科学与技术专业的培养方案中占有重要地位,起到承上启下的作用,是学生学好后续专业课程的必要的理论准备。

学习完本课程后,学生应达到初步认识物质的微观结构及规律,能掌握对微观尺度物质运动的研究手段及方法,为学习后继专业课,如固体物理学等打下基础。

三、本课程与其它课程的关系本课程是在完成大学物理学和高等数学的课程学习后开设的。

同时,是后继专业课,如固体物理学等的基础课。

四、教学内容、重点、教学进度、学时分配(一)拉格朗日方程和哈密顿方程(2学时)1、主要内容:(1)自由度约束和广义坐标(2)拉格朗日方程(3)哈密顿函数哈密顿方程(4)哈密顿方程的物理意义2、重点:拉格朗日方程,哈密顿方程。

3、教学要求:(1)了解:自由度约束和广义坐标。

(2)理解:哈密顿方程的物理意义。

(3)掌握:拉格朗日函数和哈密顿函数的定义,用拉格朗日方程和哈密顿方程分析运动。

(二)薛定谔方程(8学时)1、.主要内容:(1)光的波粒二象性(2)微观粒子的波粒二象性(3)波函数及其物理意义(4)薛定谔方程(5)一维无限深势阱中的粒子(6)一维线性谐振子(7)不确定关系(8)隧道效应2、重点:波函数及其物理意义,薛定谔方程及定态薛定谔方程,不确定关系。

3、教学要求:(1)了解:微观粒子的波粒二象性。

(2)理解:波函数及其物理意义。

(3)掌握:薛定谔方程解一维定态问题。

(三)力学量的算符(4学时)1、主要内容:(1)算符的引入(2)算符的本征值和本征函数(3)算符的运算规则线性厄米算符(4)厄米算法的本征函数的正交性和完全性(5)力学量平均值的计算(6)不同力学量同时有确定值的条件2、重点:厄米算法的本征函数的正交性和完全性。

3、教学要求:(1)了解:不同力学量同时有确定值的条件。

(2)理解:算符的运算规则和线性厄米算符的定义。

(3)掌握:算符的对易关系,厄米算法的本征函数的正交性和完全性及其证明。

(四)氢原子和类氢原子的波函数和能级(3学时)1、主要内容:(1)有心力场中的电子(2)库仑有心力场中的电子(3)轨道角动量算符(4)核外电子的几率分布2、重点:库仑有心力场中的电子3、教学要求:(1)了解:有心力场中的电子的特征。

(2)理解:核外电子的几率分布。

(3)掌握:库仑有心力场中的电子的能级和波函数,轨道角动量算符对易关系。

(五)定态微扰论原子的能级(3学时)1、主要内容:(1)无简并定态微扰论(2)氦原子的基态能量2、重点:用定态微扰论求近似解。

3、教学要求:(1)掌握:无简并定态微扰论中能级和波函数一级修正。

(六)电子自旋全同粒子原子中电子的能级排列(2学时)1、主要内容:(1)电子自旋的实验证据(2)角动量的普遍性质简介(3)自旋算符和自旋波函数(4)全同粒子波函数泡利原理2、重点:自旋算符和自旋波函数。

3、教学要求:(1)了解:电子自旋的实验证据。

(2)理解:全同粒子波函数泡利原理。

(3)掌握:角动量本征值和对易关系,自旋算符和自旋波函数。

(七)热力学的一些基本概念(0学时)1、主要内容:(1)简史和特点(1)概念和定义2、重点:热力学的发展过程及几个热力学的基本概念3、教学要求:(1)了解:热力学的发展过程及几个热力学的基本概念。

(2)理解:热力学的发展过程及几个热力学的基本概念。

(3)掌握:热力学的发展过程及几个热力学的基本概念。

(八)热力学的第一、第二定律(2学时)1、主要内容:(1)概述(2)功和热(3)热力学第一定律内能(4)热力学第一定律的应用(5)热力学第二定律(6)热力学第二定律的两种叙述方式等效的证明(7)卡诺定理(8)克劳修斯不等式(9)熵的引入(10)熵增原理(11)熵增原理与热力学第二定律2、重点:热力学第一、二定律,熵增原理3、教学要求:(1)了解:熵增原理与热力学第二定律的关系。

(2)理解:卡诺定理,熵的定义。

(3)掌握:热力学第一、二定律,熵增原理。

(九)热力学函数(2学时)1、主要内容:(1)独立变量的选择(2)焓自由能吉布斯函数(3)麦克斯韦关系吉布斯-亥姆霍兹方程(4)热动平衡判据与条件(5)化学势相平衡条件2、重点:焓自由能吉布斯函数3、教学要求:(1)了解:独立变量的选择。

(2)理解:热动平衡判据与条件。

(3)掌握:焓自由能吉布斯函数。

(十)统计物理学的基本概念(2学时)1、主要内容:(1)引言(2)相空间(3)宏观态和微观态(4)等概率原理热力学概率(5)最概然分布(6)熵的统计意义2、重点:最概然分布3、教学要求:(1)了解:相空间,宏观态和微观态。

(2)理解:等概率原理,热力学概率。

(3)掌握:最概然分布,玻尔兹曼公式。

(十一)三种统计法及其应用(4学时)1、主要内容:(1)三种统计的热力学概率表达式(2)三种统计分布函数(3)玻尔兹曼统计(4)麦克斯韦速度分布率(5)能均分定理(6)玻色统计(7)费米统计2、重点:三种统计分布函数3、教学要求:(1)了解:玻色统计和费米统计。

(2)理解:麦克斯韦速度分布率,配分函数。

(3)掌握:玻尔兹曼统计的配分函数计算。

五、实践教学内容要求六、课程考核方式考试七、建议教材与教学参考书1、建议教材:[1]李卫,刘义荣,《理论物理导论》,第二版,北京理工大学出版社,20072、教学参考书:[2]曾谨言,《量子力学卷I》,第二版,科学出版社,1997[3]钱伯初,曾谨言,《选与剖析上册》,第二版,科学出版社,1999[4]吴强,柳盛典,《量子力学习题精解》,第一版,科学出版社,2003[5]王竹溪,《统计物理学导论》,第二版,高等教育出版社,1965[6]梁希侠,班士良,《统计热力学》,第一版,内蒙古大学出版社,2000[7]久保亮五,(徐振环译),《统计力学》,第一版,高等教育出版社,1985[8]熊吟涛,《统计物理学》,第一版,高等教育出版社,1981[9]陆果编,《基础物理学教程下卷》,第一版,高等教育出版社,1998理论物理导论课程考试大纲一、课程简介课程编码为:100103014课程类别为:技术基础课授课学时:22学时适用对象为:材料物理/电子信息科学与技术课程考核方式:闭卷笔试。

基本教材与教学参考书:基本教材:1.李卫,刘义荣,《理论物理导论》,北京理工大学出版社,2007,第二版教学参考书:1.曾谨言,《量子力学卷I》,科学出版社,1997,第二版2.钱伯初,曾谨言,《量子力学习题精选与剖析上册》,科学出版社,1999,第二版3.吴强,柳盛典,《量子力学习题精解》,科学出版社,2003,第一版4. 王竹溪,《统计物理学导论》,高等教育出版社,1965,第二版5.梁希侠,班士良,《统计热力学》,内蒙古大学出版社,2000,第一版6. 久保亮五,(徐振环译),《统计力学》,高等教育出版社,1985,第一版7. 熊吟涛,《统计物理学》,高等教育出版社,1981 ,第一版8.陆果编,《基础物理学教程下卷》,高等教育出版社,1998,第一版二、课程考试内容及所占比重1、考试内容分析力学基础部分:自由度,广义动量,拉各朗日函数,拉各朗日方程,哈密顿函数及其物理意义,哈密顿方程量子力学部分:1、薛定谔方程光的波粒二象性,微观粒子的波粒二象性,波函数及其物理意义,薛定谔方程及定态薛定谔方程,一维无限深势阱中的粒子的能级和波函数,一维线性谐振子的能级和波函数,不确定关系,隧道效应2、力学量的算符算符的本征值和本征函数,算符的对易关系,厄米算符本征函数的正交性和完全性,力学量平均值的计算,不确定关系式的严格证明3、氢原子和类氢原子的波函数和能级库仑有心力场中的电子的能级和波函数,轨道角动量算符的本征值和本征函数,核外电子的几率分布4、定态微扰论原子的能级无简并定态微扰论中能级和波函数一级修正,氢原子的能级在均匀外场中的分裂,有简并定态微扰论,多电子原子中电子的能级5、电子自旋全同粒子原子中电子的能级排列电子自旋的实验证据,角动量本征值和对易关系,角动量的普遍性质简介,自旋算符和自旋波函数,全同粒子波函数,泡利原理6、电子在周期场中的运动——能带论基础克龙尼格-朋奈模型,近自由电子模型和紧束缚模型,布洛赫函数,金属、绝缘体和半导体的能带,布里渊区,晶体中电子的速度、加速度和有效质量热力学统计物理部分:1、热力学功和热,热力学第一定律内能,热力学第一定律的应用,热力学第二定律,热力学第二定律的两种叙述方式等效的证明,卡诺定理,克劳修斯不等式,,熵增原理,焓,自由能,吉布斯函数,麦克斯韦关系,吉布斯-亥姆霍兹方程,热动平衡判据与条件,化学势,相平衡条件2、统计物理等概率原理,热力学概率,最概然分布,熵的统计意义,三种统计的热力学概率表达式,三种统计分布函数,玻尔兹曼统计,麦克斯韦速度分布率,能均分定理,玻色统计,费米统计2、知识点的考查比例(一)基本概念30%(二)基本原理30%(三)分析10%(四)计算20%(五)综合应用10%三、试题类型及所占比例满分100分,其中选择题占30%,填空题占30%,计算及综合应用题占40%。

四、考试方法闭卷、笔试。

五、成绩评定方式1、成绩=30%平时成绩+70%卷面成绩;2、补考成绩评定:卷面成绩即为总成绩。

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