中美著名大学《量子力学》课程比较与分析

目录/提纲：……
一、中美著名大学《量子力学》课程的比较
二、对国内高校《量子力学》课程建设的启示
其一、考虑到教学学时的不断下降和教学内容基本不变之间的矛盾量子力学的学习
……
中美著名大学《量子力学》课程比较与分析

张立彬（教育部南开大学外国教材中心，天津 300071）
徐皓、刘学文（南开大学物理科学学院，天津 300071）

内容摘要：根据中美高校物理学排名，笔者搜集了美国12所顶尖高校与中国10所著名大学的量子力学课程及其教材等信息，在此基础上，比较了中美著名大学量子力学课程的内容、教材与参考书使用情况、培养目标、教学方式、师资力量等。通过比较发现了美国量子力学教学的特点和国内教学的不足，本文可为国内量子力学课程教学的改善提供一定的启示与借鉴。
关 键 词：量子力学；美国大学；中国高校；课程特点；课程比较；物理教材

量子力学是“四大力学”的物理课程之一。对于各高校物理教学是必不可少的基础课
程。它是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物
质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学
的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多
近代技术中也得到了广泛的应用。[1]
为了深入了解量子力学的教学情况，我们调研收集了美国物理学排名前十二的高校的
课程情况、教材使用等信息，通过分析美国高校的培养目标、课程内容、学时、教学方式
等来了解他们的量子力学课程的特点，并与国内进行了比较分析。研究的结果可为国内量
子力学的教学给予启示。
文章收集了美国十二所顶尖大学（位列全美物理学排名前十二名）的量子力学课
程信息，包括了课程主讲内容、使用教材及参考书等。这些学校有：麻省理工学院
（Massachusetts
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略1098字，正式会员可完整阅读）……　
力学中的基本原理：态叠加原
理，引出了量子力学基本方程：薛定谔方程，并通过求解一维定态问题，展示了波动力学
中利用薛定谔方程求解问题的基本方法。然后，从量子力学的另一条线索出发，介绍力学
量用算符表达与表象变换以及力学量与时间的演化与对称性，建立矩阵力学的基本形式。
然后求解了一些简单的物理模型，比如中心力场、粒子在电磁场中的运动等等。同时介绍
了自旋、力学量本征值代数解法、定态与非定态微扰论等内容。最后介绍量子跃迁、多粒

子体系和散射理论。
通过比较美国各大高校的课程内容发现国内外的量子力学教学内容大同小异，见表
1。

美国大学
麻省理工学
院[2]

表1：美国部分高校量子力学的课程信息及教材、参考书（星号标记）信息

课程名称
量子力学 I

课程代码
8.04

教材及参考书

[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

课程描述

内容包含：量子物理实验
（光电效应，康普顿散射，
弗兰克-赫兹实验）；波尔原
子模型，电子衍射，德布罗
意波，波粒二象性。波动力
学的简介：薛定谔方程，波
包，几率振幅，海森堡不确
定性原理，零点能；薛定谔
方程的解， 一维势井，简谐
振动，三维中心势场的薛定
谔方程的解，氢原子系统。

量子力学II

8.05

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

内容包含：量子力学的一般
形式化：态、算符、狄拉克
符号、表象、测量理论；简
谐振动：算符代数，量子态
等；三维中的量子力学：中
心力场，束缚态，散射态，
波函数的定性分析。角动量
理论：算符，交换代数，本
征值，球谐函数。自旋：斯
特恩-盖拉赫实验，核磁共
振，自旋和统计。角动量耦
合：克莱布什-高登系数，
自旋系统， 氢元素的同素异
形结构。

量子力学 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

内容包含：自然单位制，
（不含时）近似方法：微
扰理论，变法方法，波恩-
奥本海默近似。原子、分
子系统的中的应用。单电
子、二电子原子结构：自旋
轨道耦合，相对论修正，精
细结构，变分法近似，塞曼
效应，斯塔克效应。带电粒
子在磁场中的运动。散射理
论，低能近似，含时微扰理
论等。

斯坦福大学
[3]

量子力学I

PHYSICS
130

量子力学 II

PHYSICS
131

内容包含：量子力学起源，
波动力学，薛定谔方程，一
维系统的解，不确定性原
理，时间-能量不确定性关
系，三维问题与分离变量
法，氢原子，球对称势，角
动量本征值，自旋等。
角动量耦合，全同粒子，费
米波色统计。微扰理论。精
细结构，塞曼效应，超精细
分离，氢原子。
变分原理
等。

加州理工学
院[4]
哈佛大学[5]

量子力学

量子力学 I

Physics
125abc

Physics
143a

内容为非相对论量子力学介
绍：不确定性原理，薛定谔
方程，狄拉克符号；矩阵力
学，一维问题（一维方势
井，隧道，简谐振动），角
动量，氢原子，自旋，泡利
不相容原理，微扰理论，散
射。

量子力学 II

Physics
143b

[1]Introduction
to
Quantum Mechan ……（未完，全文共12958字，当前仅显示3082字，请阅读下面提示信息。收藏《中美著名大学《量子力学》课程比较与分析》）