導語：如何才能寫好一篇量子物理學，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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作者認為量子和量子化是20世紀物理學中最偉大的發現。盡管量子力學現象并沒有對仍為經典物理學所支配的我們的意識世界構成直接沖擊，但量子力學已經成了物質和輻射的所有現象的理論基礎，而且也將是21世紀文明的一切方面的基礎。作為大學物理學中的主要學科，量子力學的卓越教科書并不鮮見，許多成功的教材采用公理化方法，從一組基本公理出發建立量子力學的理論體系，然后借助于一系列數學步驟發展它的全部推論。但是量子力學究竟是怎么來的？我們能夠理解對于這樣一種抽象形式所對應的解釋嗎？近幾十年來關于這些問題的詳細討論有許多著作面世，特別值得一提的是1967年出版的“量子力學起源”（Source of Quantum Mechanics，B.L.van der Waerden 著）和1992年-2001年出版的6卷集“量子理論的歷史發展”（The Historical Development of Quantum Theory，Mehra and Rechenberg 著）等，都得到了廣泛的好評。但作者認為這些優秀著作通常內容很深，需要讀者具有很強的經典與量子物理的基礎。

作者曾于2003年撰寫了“物理學中的理論概念”（Theoretical Concepts in Physics）一書，從歷史角度重新思考物理學的基礎，討論了到量子發現與被物理學界接受為止的經典物理學和相對論理論概念的發展。本書是作者對于量子物理繼續作出的努力。作者假定讀者熟悉不超過大學二年級水平的物理與數學知識，力求采用的數學不失嚴格性而盡可能簡單，使最后一年的大學生在閱讀時不會遇到麻煩。

全書內容分成3個部分，共18章：第1部分 量子的發現，含第1-3章：1.1895年的物理學與理論物理學；2.普朗克和黑體輻射；3.愛因斯坦和量子，1900-1911。第2部分 氫原子的波爾模型，含第4-8章：4.Sommerfeld 和Ehrenfest-推廣的波爾模型；5.愛因斯坦系數，波爾對應原理和第一個選擇定則；6.理解原子光譜——可加量子數；周期表的波爾模型和自旋起源；7.波爾的元素周期表模型和自旋的起源；8.波粒二象性。第3部分 量子力學的發現，含第9-17章：9.舊量子論的失敗及其重生的原因；10.海森伯的突破性進展；11.矩陣力學；12.狄拉克的量子力學；13.薛定諤和波動力學；14.矩陣力學與波動力學的殊途同歸；15.自旋和量子統計；16.量子力學的解釋；17.一個時代結束之后。

作者特別強調本書不是一部量子力學的教科書，而是專為高年級大學生、物理學家、歷史學家和物理哲學家撰寫的一部專著，可以看作是標準教材的補充，可以增強對于量子物理學的理解和欣賞。本書對浩瀚的物理學史的文獻與專著進行了匯總，通過引人注目的敘述，提供了物理學家和數學家實際工作的許多范例。與其他教科書相比，本書特別贊賞在數學、理論與實驗之間的交流，并在這種思想指導下對于幫助讀者深入理解量子力學的發展做了最大的努力。

丁亦兵，教授

（中國科學院大學）

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關鍵詞：墨子號;量子衛星;量子糾纏;量子密鑰;物理學

中圖分類號： TN219 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）30-100-2

0 引言

物理學是研究物質運動最一般規律和物質基本結構的一種自然科學，研究對象大至宇宙，小到基本粒子的質量、運動形式和規律等內容。量子衛星可謂是物理學中極大的天體物理和極小的量子力學理論的綜合應用，意義重大。下面我想從2016年8月16日我國發射的全球首科量子科學實驗衛星“墨子號”來談談對物理學中量子物理發展的一些思考。

1 “墨子號”的由來

作為全球三大古老邏輯體系之一的墨家邏輯中的經典著作《墨經》中提出的“光學八條”中描述了墨子對光線的認識，并成功設計了樸素的小孔成像實驗，奠定了中國光學研究的基礎，所以我國發射的全球首顆量子科學實驗衛星被命名為“墨子號”以紀念墨子先生。

2 為何發展量子通信技術和通訊優勢

我們知道，20世紀初，量子力學的基礎知識剛剛被奠定的時候，它帶給人們一種啟示，雖然它會時常使人感到困惑，因為量子力學在微觀世界里已經打敗了經典力學古老的確定論，反復的討論可能性、可能結果的疊加。

我們假設一個物理量存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子，所以我們常用量子去指一個不可分割的基本個體，例如“光的量子”是光的基本單位光子。當然，所有可量子化的物理量其最小單位是特定的，而不是任意值。20世紀的前一半時期許多物理學家將量子力學視為了解和描述自然的基本理論，發展出了量子光學、量子計算等不同專業領域來研究。

量子計算領域利用量子效應來控制和處理信息，它具有驚人的潛力，因為經典數據的二進制“比特”一次只能取一個值，而量子的“量子比特”能夠在給定范圍內代表任意及所有可能的取值：在被測量以前，它以所有的可能太的“疊加”形式存在。量子計算特別適合用于解決今天只能依靠“強力”處理器能力來解決的特殊問題―比如，幾十個量子比特陣列就能夠存儲超過太字節（萬億）的傳統數據量。[3]

因此發展量子通信技術的優勢非常明顯，前景廣闊。

3 “墨子號”工作的理論基礎

1917年G.Vernam提出了“一次一密”（One-Time Pad）密碼體制[1][2]，C.E.Shannon于1949年用信息論證明了該密碼體制是無條件安全的[1][2]，這是目前唯一被證明是絕對安全的密碼體制。

由于量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗，如果能夠在技術上實現糾纏光子再穿透整個大氣層后仍然存活并保持其糾纏特性，人們就可以在衛星的幫助下實現全球化的量子通信。此次發射的量子科學實驗衛星完全由我國自主研發，突破了衛星平臺、有效載荷、地面光學收發站等一系列關鍵技術，將在軌開展量子密鑰分發、廣域量子密鑰網絡、量子糾纏分發、量子隱形傳態、星地告訴相干激光通信等科學實驗。

潘建偉研究小組在2003年開始研究自由空間量子通信，他們在實驗點制備出成對的糾纏光子，再利用兩個專門設計加工的發射望遠鏡將容易發散的細小光束“增肥”后向東西相距13公里的兩個實驗站送出，兩個接收端用同樣型號的望遠鏡收集。

量子衛星和地球通信是雙向的。衛星和地面站都擁有發射端和接收端。發射端包含單光子光源和光束整形系統，接收端包含單光子探測器和成像系統。光束整形系統和成像系統把點光源變成平行光并將其匯聚到焦點上。發射端和接收端是靠激光聯系，它們之間有個大氣層――它是目前較大的麻煩。

經過研究人員的種種努力，在如此遠距離的傳送中，雖有許多糾纏光子衰減，但仍有相當比例的“夫妻對”能存活下來并有旺盛的生命力，經單光子探測器檢測，分居東西兩地的光子“夫妻對”即使相距遙遠仍能保持相互糾纏狀態，攜帶信息的數量和質量能完全滿足基于衛星的全球化量子通信要求。

在此基礎上，研究小組進一步利用分發的糾纏光源進行絕對安全的量子保密通信。13公里不僅是目前國際上自由空間糾纏光子分發的最遠距離，也是目前國際上沒有竊聽漏洞量子密鑰分發的最大距離。

4 我國量子通訊發展歷史和量子衛星的前景展望

英國《自然》雜志中關于“量子太空競賽”中指出：“在量子通信領域，中國用了不到十年的時間，由一個了不起的國家發展成現在的世界勁旅，中國將領先于歐洲和北美......”可見我國量子通訊發展速度飛快。1995年，中科院物理所吳令安小組在實驗室內完成了我國最早的量子密鑰分發實驗演示。2000年，該小組又與中科院研究生院合作利用單模光纖完成了1.1公里的量子密鑰分發演示實驗。2002年至2003年間，瑞士日內瓦大學Gisin小組和我國華東師范大學曾和平小組分別在67公里和50公里光纖中演示了量子密鑰分發。2006年，中國科學技術大學潘建偉團隊在世界上首次利用誘騙態方案實現了安全距離超過100公里的光纖量子密鑰分發實驗，2009年，該團隊又在世界上率先將采用誘騙態方案的量子通信距離突破至200公里。2013年，潘建偉團隊又在核心量子通信器件研究上取得重要突破，他們成功開發了國際上迄今為止最先進的室溫通信波段單光子探測器，并利用該單光子探測器在國際上首次實現了測量器件無關的量子通信，成功解決了現實環境中單光子探測系統易被黑客攻擊的安全隱患，大大提高了現實條件下量子通信系統的安全性。2016年8月16日我國發射的全球首科量子科學實驗衛星“墨子號”這既是中國首個、也是世界首個量子衛星。

在我國，量子通信技術從基礎研究向應用技術轉化邁進，面對國際上科技巨頭，如IBM、Bell實驗室、德國西門子公司等都紛紛投入量子通信的產業化研究之時。我國將利用量子通信技術的產業化和廣域量子通信網絡的實現，作為保障未來信息社會通信安全的關鍵技術，而量子密鑰極有可能會進入普通家庭，服務于社會大眾，成為電子商務、電子醫療、軍事科技等各種電子服務的驅動器，為當今這個高度信息化的社會提供基礎的安全服務和最可靠的安全保障。

我國未來還將發射多顆量子衛星，預計到2020年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發。屆時，連接亞洲與歐洲的洲際量子通信網也將建成，2030年左右將建成全球化的廣域量子通信網絡。隨著量子通信網絡的發展，量子通信將迎來巨大的市場。有人預測，國內量子通信短期市場規模在100億至130億元左右，長期市場規模將超過千億元。

5 量子技術的應用對物理學發展的一些思考

量子通信技術的發展，基礎是物理學理論的發展，筆者認為21世紀是要把微觀和宏觀整體地聯系起來。這種結合對應用科技影響深遠，我們回過頭來看看，目前的科學發明在19世紀末都是很難想象的！沒有20世紀初基礎物理科學的發展，21世紀的科技應用和開發也無法迅速發展，那么，發展好當代物理理論研究應該對今后的技術發展產生深遠影響。

參 考 文 獻

[1] ASSCHE G V.Quantum Cryptography and Secret-key Distillation[M].New York：Cambridge University Press，2006.

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Sweden

The Innermost Kernel

Depth Psychology and Quantum Physics

2005, 398 pp.

Hardcover EUR 39.95

ISBN 3-540-20856-9

S. 吉瑟 著

1930年末，沃爾夫岡?泡利，這位幾乎改變了整個世界的量子物理學家，他自己的心理世界卻破碎了。在兩年前（1928年），這位年輕的天才成為蘇黎世瑞士聯邦理工學院理論物理系的主任，這在當時是世界上最年輕的教授。然而1929年年底，他的婚姻和他的世界一起解體了。離婚導致他的心理危機開始，于是在他的父親的建議下，他開始以書信的方式咨詢蘇黎世最為著名的心理學家卡爾?古斯塔夫?喬。

與心理學家卡爾?古斯塔夫?喬的這次邂逅成為本書討論的主題，書中不僅僅闡述了“求醫者”泡利和“治療者”喬的私人關系，還介紹了泡利出現心理危機后怎樣咨詢喬這位著名的心理學家。1934年之后，泡利停止了心理治療，但是他對于喬的心理學哲學非常感興趣，并且將其用于思考世界和整個人類。本書的內容回答了如下的問題：為什么泡利會對喬的心理學這么感興趣？最令人驚訝的是，作為理論物理學家，并且以嚴謹著稱的泡利如何會對喬的“神秘主義”的觀點產生興趣？泡利早期的哲學觀點，他的嚴謹的認識論以及他和他的導師尼爾斯?波爾的通信都有助于我們理解之后泡利對于喬的心理學的哲學思想以及他對整個世界的觀點。

本書主要向讀者呈現出泡利自己心中的哲學背景和興趣，將泡利內心的自我圖景放到更為廣闊的歷史哲學背景當中。本書還試圖解決這樣的問題：作為“物理學家”的泡利和作為“心理學家”的泡利是否存在直接的聯系，是否兩者是完全獨立的個體，或僅僅是因為泡利自己的生活經歷而將這二者強行揉合為一體？這是一個十分復雜的問題，本書并沒有打算令人信服的回答這個問題，但是卻在泡利的內心撒下了一縷陽光。

全書共分6章。第1章沃爾夫岡?泡利和C?G?喬的對話，介紹了本書的主要素材――泡利和喬的書信；第2章沃爾夫岡?泡利，哥本哈根學派和哲學，介紹了泡利的生平以及他對整個量子物理學界的哥本哈根學派的貢獻；第3章哥本哈根學派和心理學，通過泡利、波爾與一些心理學家之間的關系來討論“理性和非理性”問題；第4章泡利和喬，主要通過泡利與喬之間通信來闡述關于“物理和神秘主義”問題；第5章肉體和量子物理，主要闡述關于意識和客觀世界的哲學觀點；第6章摘要和結論，闡述作者所得到的結論。

本書適合心理學專業的研究人員閱讀，也適合物理學專業和哲學專業的同學查閱。

丁丹，碩士生

(中國科學院計算技術研究所)

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由于受到傳統的教育思想的影響和束縛，不少教師存在這樣一個心理狀態：在課堂上，總怕學生看不懂學不會，于是在課堂上越講越多，越講越細。要扭轉這種局面，首先教師要認真學習現在的教學思想，要認識到學生是教學活動中的主體，生動活潑，具有獨特個性，富于進取精神，還是探索者。學生學習成績的提高，智力和能力的發展，主要是靠學生的主動性和積極性，教師只是起到引導和教育的作用。

長期以來，物理教師苦苦鉆研教材教法，重于研究教師的“教”法，不重視“導”法，以至于多數學生并未掌握一定的物理學習方法，他們對物理知識往往死記硬背，且綜合運用能力、推理能力較差。因此，要達到物理教學的理想境界，有待于教師正確引導學生掌握科學有效的自學方法。為此，抓住關鍵的三個環節，即“問―導―練”。

問，這是培養學生自學能力的首要階段，它包括教師和學生發問兩部分內容，主要用激發興趣。愛因斯坦說過：“提出問題比解決問題更重要?！痹谶@個階段，主要指導學生把新舊知識聯系起來思考，找出疑點，逐漸提出問題。在講凸透鏡成像時，我問學生“你們知道照相機的鏡頭是一個什么嗎？它是怎么樣成的像？”等等，然后讓學生討論，學生帶著問題積極思考、討論，課堂氣氛非?；钴S。此后教師找學生回答，如有異議，老師總結，學生對當堂內容不但愉快理解、接受，而且掌握的很好。

導，即“誘導”、“引導”。教師之教，不在全盤授與，而在相機誘導。因此，每堂課我都精心設計，根據所學知識，提出質疑，提出下節所要學的內容。本著這個常規，在這個環節中，我盡量讓學生自學了解，滿足求知欲，增強自學興趣。

練，自學能力的培養在于“誘導”，自學能力的提高在于多思、多慮、多練。因此，我設計“每節必練”，有聯系的章節“綜合練”，要把自學階段和導學階段所學到的知識轉化為能力。必須在“練”字上下功夫，練習題要講究“精”，有代表性，還要設計不同梯度的練習題，使不同層次的學生都充分發輝自己的潛能，同時抓好課堂練習，也是減輕學生負擔，提高教學質量的重要手段。

凡學生能操作的實驗就讓學生上講臺當“小老師”；學生提出問題，凡能通過閱讀教材解決的，就引導他們閱讀課文有關內容自己解決。這樣，不僅調動學生學習主動性和積極性，也增強了學生學好物理的信心。教師雖然在課堂上講課時間相對少了，但學生自學、討論、動手的時間卻增加了。

二、加強學習方法指導，提高學生的認知能力

正如古人言：“授人以魚，只供一飯之用，教人以漁，則終身受之無窮?！敝袑W生物理新課程標準中明確指出：“要正視科學態度和科學方法教育?！彼^物理科學方法，就是指在物理學發展的過程中，物理學家研究處理問題的思想方法和手段。常用方法有：觀察與實驗方法、歸納與演繹方法、科學抽象與理想化方法、比較與類比方法、分析和綜合方法、數學方法及科學假說的方法，這些方法大多隱含在物理知識中。

例如，在研究電流跟電壓、電阻之間的關系時，可提示學生，這次所用的實驗方法同研究動能跟質量和速度的關系所用的方法一樣，然后讓學生自己設計實驗來總結電流跟電壓、電阻之間的關系。這樣在傳授知識的同時，潛移默化地將物理學中一種非常重要的方法告訴學生，使其在今后的工作中可以利用這種方法去創造性的從事別的工作。再如，在研究合力時，只需要適當地說一句，這個力與那幾個力作用效果相同，從作用效果看，這個力的作用相當于那幾個力的共同作用，就像研究串并聯的總電阻時，我們引入了等效電阻一樣，這種利用效果相同的方法是物理學中常用的方法，學生自然會從這段話中體會出等效方法的內涵，也會從一次次的具體的應用中認識到所學的科學方法。

三、切實加強實驗教學，培養學生的科學素質

1.充分運用自制教具、先進手段和技術改進原有實驗。單憑科教書的實驗內容進行“照本宣科”式的教學，是遠遠不夠的。我們要經常補充更新實驗內容，使實驗長新，使實驗向貼近生活、貼近新科技方面發展，拉近物理實驗和現代生活的距離。盡可能選用學生所熟悉的材料、最常見的材料進行實驗，使學生富有親切感、新奇感、熟知感，建立起牢固的物理表象。例如用激光小電筒做光的直線傳播和反射實驗；用塑料可樂瓶做大氣壓強有關實驗等。對于無法在實驗室完成的實驗，我們采用多媒體技術模擬實驗，變看不見為看得見，變靜為動，讓學生觀看無法親身實驗的現象，使學生獲得具體明確的感性認識，為概念規律的建立及其應用奠定了必要的基礎。

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關鍵詞：靜磁場;交變磁場;磁處理血漿;化學元素

磁處理技術、磁療技術、生物磁學保健治療儀器機器各種制品廣泛應用于臨床和日常生活中，越來越受到更多學者的關注和人們的重視。近年來，應用磁處理技術和理論對生物體內坐化效應和免疫效應影響等研究也日益增多。但靜磁場和交變磁場對血漿中化學元素含量影響的聯合研究少見報道。本文通過靜磁場和狡辯磁場處理血漿，測定其K+、Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、P的含量，t探討兩種磁場對血漿中某些化學元素影響的機理。 材料與方法 靜磁場處理器，自制，磁場強度為150mT。 交變磁場處理器（吉林市產JDM―1型脈沖調磁理療儀），交變衰減，磁場強度為1000mT 。 儀器和試劑，560型全自動生化分析儀（美國產）;試劑盒（上海醫學科學有限公司）用于檢測磷（P）、鎂（Mg2+）。500D型全自動離子分析儀（深圳康立公司）用于檢測 K+、Na+、Cl-、Ca2+（試劑為隨機廠家試劑） 樣本，實驗用血漿手機健康體檢者新鮮緩和血漿60ml，分為三組，每組20ml ，一組為對照組，一組為靜磁場處理組（靜磁組），一組為交變磁場處理組（交磁組）。對照組血漿未經任何處理作為參比。靜磁組血漿經靜磁場處理器連續磁處理20分鐘。交磁組血漿經JDM―1型脈沖調磁理療儀連續磁處理20分鐘。 樣本檢測，各族血漿樣本采用同一份血漿，每種元素測定12 次，并將所得數據用微機進行t檢驗統計學處理，對統計結果過驚醒分析比較。 結果 `x±s） <0.05。

3 討論

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關鍵詞：現代遠程教育資源；農村中學；教學質量

現代遠程教育資源的應用，有利于推動農村中學物理多媒體教學的實施，有利于開闊學生視野，有利于更好地營造課堂學習氛圍，有利于突破教學重難點，有利于提高教師的綜合素質，對提高教學質量有重大意義。下面我就談幾點在教學實踐中運用現代遠程教育資源對提高初中物理教學質量的看法。

一、遠程教育資源的應用，有利于農村中學多媒體教學的實施

作為農村中學，各種教學硬件設施有限，網絡信息的運用也有一些局限性，上網速度慢，微機數量少，很大程度影響了多媒體教學的實施，教學課件的制作需要有充分的準備時間，制作課件數量有限，往往推出一個好的課件，需要加班加點，使教師勞累不堪，甚至干擾其他正常工作，但有了現代遠程教育資源，一些優質的Flash課件，PowerPoint幻燈片輕松捻來，可以有效地節約教育時間，取得事半功倍的效果。

二、遠程教育資源的應用，有利于營造良好的課堂教學氛圍

八年級物理《光的傳播》一節，有四幅現象鮮明，主題突出的視頻畫面，第一幅是美麗的山景在水湖中的倒影，第二幅是黑夜中有斑斕燈光的城市，第三幅是茂密樹林中透過的太陽光，第四幅是X光透視照片的展示，這四福畫面為說明光的世界變幻莫測，奧妙無窮，光的世界神奇而美麗提供了依據，同時激發了學生探索自然科學奧妙的興趣，帶動了學生思考的積極性，營造了非常好的學習氛圍，為整節課的順利進行，高效展開做了很好的鋪墊，這類課件內容針對性強，與教學實際貼近，與學校教學進度一致，有效地激發了學生學習興趣的同時，營造了良好的課堂學習氛圍，提高了課堂效率。

三、遠程教育資源的應用，有利于開闊學生的視野

資源中優美的視頻資料，逼真的動畫錄像，鮮明的色彩對比，不但開闊了學生的知識視野，而且激發了學生觀察現象的興趣，例如：八年級物理上冊第二章《聲的利用》一節教學，本節《聲與信息》與《聲與能量》的教學，――課程標準要求：了解現代技術中與聲有關的知識的應用，通過觀察，參觀或看錄像等，獲得社會生活中聲的利用方面的知識，進一步增加對科學的熱愛，為了讓學生明確本節知識在生產生活中有哪些應用，除了學生常常遇到的回聲現象、生活中的噪聲現象之外，學生舉不出更多的更系統的實例來說明聲有哪些利用。學生對黑夜里蝙蝠飛行是利用超聲波進行定位的原理了解不多，特別是農村孩子對利用聲吶探測海底深度事例，醫院最常用的檢測器械B超機以及B超機看病的過程了解甚少，還有利用超聲波清洗精密儀器的事情幾乎不知道，課堂上利用接受下來的現代教育資源，播放給學生看，他們興趣盎然，看的過程中紛紛議論，開闊了學生的知識視野，加深了學生對知識的理解，同時使他們知道了物理學在生活中是多么的有用，遠程教育資源的應用，打破了地域環境的限制，讓有不同生活經歷的學生，對科學常識有相同程度的了解，彌補了大部分農村學生科普知識的缺陷，讓這些農村學生了解到農村環境中不常見的甚至沒有見過的事物和事件，開闊了他們的視野。

四、遠程教育資源的應用，有利于突破教學重難點

在八年級物理第一章《運動和力》這一章教學時，在引入運動是宇宙中的普遍現象這一課題時，教材給了三幅彩色圖片，分別是甲：哈雷彗星每隔76年來訪地球一次，乙：亙古至今，喜馬拉雅山都這樣巍峨聳立嗎？丙：獵豹疾馳如風，你知道它跑得有多快？其中乙圖是景色欣賞圖，先讓學生觀賞喜馬拉雅山雄厚巍峨，再引導學生判斷它是靜止的還是運動的。甲圖、乙圖是動態圖片，讓學生觀看了動態視頻資料后，學生了解到彗星運動的基本特點，獵豹迅猛奔跑的真實畫面，真切地感受運動的特點，然后引導學生一起討論視頻資料中所示的運動及類似的運動，根據已有的知識，看看能得出什么結論，有了貼近真實的實例，學生舉例說明運動靜止的實例就會哦來，在說的過程中對參照物的概念就逐步理解了，而以往的教學方式，教師主要依靠語言的描述來引發學生的思考，給學生一個“形象概念”，使學生感到參照物的概念很模糊，不能把它具體化，而引入遠程教育資源后，形象化的視頻轉化為直觀可見的事件，并且提供了多個可以選擇的參照物，使學生能夠在具體事件環境中選擇參照物，逐步明白了“物體運動和靜止是相對的”的含義。

五、遠程教育資源的引入，有利于提高教師的綜合素質

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在霍爾效應發現約100年后，1980年，德國科學家馮?克利青發現了“整數量子霍爾效應”，并于1985年獲得諾貝爾物理學獎。1982年，美籍華裔物理學家崔琦、美國物理學家施特默等發現“分數量子霍爾效應”，不久由美國物理學家勞弗林給出了理論解釋，并且他預言存在帶有分數電荷的準粒子，該預言在1997年得到了實驗證實。他們三個人共同獲得1998年諾貝爾物理學獎。

1988年，美國物理學家霍爾丹提出可能存在不需要外磁場的量子霍爾效應，這一點對量子霍爾效應的實際應用有極為重要的意義。但是多年來一直未能找到能實現這一特殊量子效應的材料體系和具體物理途徑，使得這種“量子反?；魻栃钡奶剿鞒蔀槎嗄陙碓擃I域的一個的極具挑戰性的任務。最近，中國科學家在這方面取得了一些突破性進展，引起了國內外廣泛的關注。

量子霍爾效應是凝聚態物理中一種非常奇特的現象，它是一種典型的宏觀量子效應，是微觀電子世界的量子行為在宏觀尺度上的一個完美體現。它不僅深刻地反映了物理學的基本原理，也使物理學乃至數學的拓撲研究中一些現代概念得到了具體的實現，同時還提供了實現凝聚態物理與粒子物理交叉的難得的機會。作者認為它值得做為物理學所有相關專業的研究生修習的一門課程。

本書是以服務于教學為宗旨的一部教科書，對于量子霍爾效應涉及的各方面知識和最新發展起來的一些新概念給出了啟發性的、全面而自成系統的闡述。本書的第1版于2000年出版，7年之后考慮到該領域在理論與實驗方面取得的許多新的進展，作者于2008年出版了該書的第2版，對第1版進行了全面修訂，不僅增加了一些章節，有的部分被完全改寫了。（對于第2版的評介，請參考本刊2008年第8期。該書于2012年底由北京大學出版社影印出版。）這里評介的是2013年出版的第3版。

與第2版相比，第3版內容由原4個部分擴充為5個部分，由32章擴充為41章。第1部分 量子場論，包括第1-8章：1.量子力學；2.量子場論；3.正則量子化；4.自發對稱性破缺；5.電磁場；6.Dirac場；7.拓樸孤子；8.任意子。第2部分為單層量子霍爾系統，包括第9-22章：9.單層量子霍爾系統概述；10.蘭道量子化；11.量子霍爾效應；12.準粒子與活化能；13.復合粒子場論；14.復合玻色子和半經典分析；15.量子霍爾鐵磁體；16.自旋結構；17.分數量子霍爾狀態的階梯；18.邊緣效應；19在更高階蘭道能級中的帶和泡；20.石墨烯中的量子霍爾效應；21.聚硅烷（Silicene）中的量子霍爾效應； 22.拓撲絕緣子和無蘭道能級的量子霍爾效應。第3部分為雙層量子霍爾系統，包括第23-29章：23.雙層量子霍爾系統概述；24.SU（2）贗自施結構；25.雙層鎖定態；26.層間相干與約瑟夫森效應；27.有公度相與非公度相； 28.SU（4）量子霍爾鐵磁體； 29.υ=2的雙層量子霍耳系統。第4部分 微觀理論，包括第30-34章：30.微觀理論概述；31.非對易幾何學；32.蘭道能級投影；33.非對易孤子；34.交換相互作用和等效理論。第5部分 最新的實驗進展，包括35-41 章：35.新的實驗進展概述； 36.量子霍爾態的實空間觀測； 37.整數與分數量子霍爾系統的集團激發；38.量子霍爾區的超精細相互作用； 39.微波誘導非平衡現象； 40.電子雙層超流現象；41.ZnO中的量子霍爾效應。

書末有一個附錄，收集了16項書中提到的數學知識的介紹，并分別給出了簡明扼要的證明。對于使用全文有很大幫助。

本書內容非常豐富、新穎，論述異常深入細致，適用于凝聚態物理、粒子物理、理論物理及數學物理的研究生做為教材，對相關領域的研究人員也是一本很重要的參考書。

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現如今，我國大部分理工科以及師范院校都設置了物理學專業，非物理專業的也都把大學物理課當作一門必修課來開設。但許多人都說物理難學，那么，如何才能學好大學物理課程？本文從以下幾個方面加以論述：

一、掌握足夠的數學工具

想學好物理學，扎實的數學功底是必須的。高等數學、復變函數、數理方程和線性代數，這四門數學課都是相當基礎的課程，對于學好物理的重要性不必多說。但僅僅滿足于教材的內容是不夠的，想學物理的人應當學一些更高深的課程。

高等數學由于教學時間所限，對很多“古典分析”中的問題沒有涉及。建議大家看看北京大學張筑生寫的《數學分析新講》，內容充實。配套的還有北京大學的《數學分析習題集》，里面的題數量、質量俱佳，可以花一年左右的時間好好研讀。

復變函數課程應著重于它的應用，這當中有許多定理在數學分析中有對應，學習起來并不困難。此時，建議去學復變函數中“古典分析”之外的理論，作為進一步學習的基礎。

關于線性代數，在學習中可以參看王萼芳和丁石孫的《高等代數》。這是清華高等代數課程的教材，以古典的方法講授了“古典代數”的全部內容，習題也很豐富，仔細學下來很有好處。

數學物理方程，可看希爾伯特和柯朗的《數學物理方法》。這套書寫得很精粹，很全面。對于掌握了“古典分析”和“古典代數”的同學,可借此來復習已經學到的幾乎全部內容，更重要的是這本書中的許多內容已經涉及了現代數學的內容。

二、各個物理分支課程的學習

學物理應當從普通物理學入手，通過普通物理，可以感受到什么是物理，從而真正入門。力學可以選物理系的教材，那套綠色封皮的《力學與熱學》的上冊。熱學選擇《力學與熱學》的下冊，這套書淺顯易懂，內容全面，是初學物理的好書。同時，北京師范大學出版的漆安慎、杜嬋英編著的《力學》也可作為學習參考。

至于四大力學，雖然是物理的一個核心，但對于初學物理的人，可以說是高深莫測，很難在四年之內學完它們，就算勉強學完了也不會精通。對于物理學學士而言，能精通經典力學和電動力學之一已經很不容易了。經典力學可以選朗道的《經典力學》，從朗道對拉氏量的討論中可以發現，理論物理完全不是我們以前所認識的理論物理。電動力學選擇郭碩鴻的《電動力學》就可以了，電動力學學好了，再去學習電子工程類的電磁場理論就不會感到困難；經典力學學好了，學習機械類的振動理論會很輕松，這些內容對于一個本科生已經足夠了。

如果打算繼續學習物理，那么就得學習物理學中最困難的量子力學和統計力學了。量子力學實際上是一種量子理論，它所包含的內容極廣，從本科三年級學生學的一維無限深勢阱，到超弦可以說都是量子理論。量子力學大致分兩個層次——非相對論的量子力學以及量子場論和量子規范場論。對于前者，狄拉克在1937年寫過著名的《量子力學的原理》。這本書會告訴你，量子力學不僅僅是薛定鍔方程，而是一組原理。從原理出發，而不是從具體問題出發。但是狄拉克的書練習太少，學習者不妨參考曾謹言的《量子力學Ⅰ》《量子力學Ⅱ》和《量子力學習題集》，多做些習題，打打基礎。但是，我們所學的量子力學，從數學角度講是“形式的”和“未經證明的”，并不可以與經典力學和電動力學相提并論，但是有一本

《Quantum Physics》對此進行了詳細的討論。書里面的內容是量子力學的數學基礎。搞理論物理的人應當學一學。

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21世紀的世界,科學技術突飛猛進,國力競爭激烈,這一切實質是國與國之間的人才競爭。為了適應新時代的需要,培養大批高素質人才的任務已迫在眉睫,而要培養出適應新時代需要的具有較高科學文化素質和能力素質的人才,必須從基礎教育到高等教育全面推進素質教育。實施素質教育的核心是培養學生的創新意識、創新思維和創新能力。大學作為培養高級人才的場所,作為新的知識誕生、獲得和傳播之地,對人才的培養更多地要著眼于具有創造性綜合能力素質上。正如物理學家勞厄所說的:“重要的不是獲得知識,而是發展思維能力,教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下的東西。”因此,隨著素質教育的全面推行和發展,提高大學生的科學素質的素質教育日益受到教育界的重視。結合原子物理的教學內容,筆者談一下培養學生創新精神的一些體會。

一、原子物理學在物理學中有著特殊的地位

物理學是自然科學中一門最基本、最重要的基礎學科,物理學是研究物質的基本結構、相互作用和物質最基本的、最普遍的運動形式及其相互轉化的規律的科學。物理學幾百年的發展積累了豐富的科學思想和科學方法。原子物理學是師范院校物理專業必修的一門重要的基礎課程,是研究原子內部的微觀結構及其運動規律的一門科學,其中的玻爾的理論起到了由經典物理通往近代物理的過渡橋梁作用。原子物理學的建立與發展集中體現了豐富的物理思想和物理方法,是培養學生的科學態度、科學思想和科學方法不可多得的范例。

二、原子物理學課程展現了豐富的物理方法

原子物理學是十九世紀末發展起來的,它的發展和成熟雖然只用短短幾十年的時間,但卻是眾多杰出科學家集體智慧的結晶,積累了豐富的物理思想和物理方法,特別是量子論建立的初期知識體系,是物理學獲得知識、組織知識和運用知識的典范。量子論的建立過程就是通過不斷地提出經典物理無法解決的問題,提出假設、建立模型來解釋并提出新的結論和預言,再用新的實驗檢驗、修改或推翻的過程。在原子物理學教學過程中,結合知識的傳授,抓住典型事例,有目的、有意識地引導學生深入思考,讓學生分析和掌握原子物理學的建立過程的物理定律、公式后面的思想和方法,使學生在原子物理的學習過程中掌握物理學的思想和方法,從中受到有益的啟示,從而對學生進行創新意識、創新思維的培養,這也是實施素質教育的具體體現。因此物理教學在系統學習物理學理論的同時,掌握科學方法,體會其科學思想,形成科學觀點和科學精神,從而全面培養學生的綜合科學素質,這才是物理教學的教育價值所在。

科學方法是人們在認識和改造世界活動中遵循和運用的以科學為基礎的各種方法和手段的總稱,是人們在實踐活動中總結出來的正確的思維方法和行為方法,包括有:1.觀察和實驗方法:有意觀察、單因子實驗法、實驗數據處理方法等;2.分析和綜合方法:定性分析、定量分析、因果分析、綜合等;3.比較和分類方法:異中求同、同中求異、分類等;4.假說方法;5.歸納和演繹方法:簡單枚舉歸納、三段論、演繹等;6.數學方法:用比值定義物理量、表達物理規律的形式化語言、運用圖象描述物理現象和規律;7.理想化方法:理想實驗、理想模型;8.類比方法:簡單共存類比、因果類比;9.推理方法;10.分析和解決問題的具體方法:等效方法、近似處理方法等;11.非邏輯思維方法:直覺、靈感、想象、猜測等。原子物理課程中可展現的物理方法相當豐富,主要有“模型法”、“科學假說法”、“理想實驗法”、“綜合類比法”、“實驗法”等,具體如下:

1.模型法

物理模型,是人們為了研究物理問題的方便和探討物理事物的本身而對研究對象所作的一種簡化描述,是以觀察和實驗為基礎,采用理想化的辦法所創造的、能再現事物本質和內在特性的一種簡化模型,模型法是物理學最常用、最有效的一種方法。由于微觀原子體系既看不見,又摸不到,沒有“形”,人們為了更直觀更形象地反映原子結構,不斷地提出了湯姆遜的“葡萄干模型”、盧瑟福的“核式模型”、玻爾的分立能級模型,隨著研究的深入,理想模型還要不斷改進、不斷完善,使其更加接近真實原型,最終提出了量子力學的原子模型。同樣,對原子核的研究現有很多結構模型,如:“液滴模型”、“費米氣體模型”、“殼層模型”、“集體模型”。

2.科學假說法

科學假說法是指根據已知的科學事實和科學原理,對所研究的問題提出一種假定性的推測和說明,是科學研究的一種重要的方法,量子論的產生和發展就是科學假說法在應用上的一個典范。1900年普朗克為了克服經典理論解釋黑體輻射規律的困難,提出了能量子假說,為量子理論奠下了基石。隨后1905年,愛因斯坦針對光電效應實驗與經典理論的矛盾,提出了光量子假說,并在固體比熱問題上成功地運用了能量子概念,為量子理論的發展打開了局面。1913年,玻爾在盧瑟福有核模型的基礎上運用量子假說概念,提出玻爾的原子理論,對氫光譜作出了滿意的解釋,使量子論取得了初步勝利。1923年,德布羅意提出了物質波假說,將波粒二象性運用于電子之類的粒子束,把量子論發展到一個新的高度。

3.類比法

類比法是根據兩個或兩類事物在某些屬性上相同或相似,而推出它們在其他屬性上也相同或相似的推理方法,它是一種從特殊到特殊的推理方法。從物理學發展史我們可知,在很多關鍵時刻,科學家巧妙地運用了類比推理,提出科學假說,從而獲得巨大成功。盧瑟福通過將太陽系與原子相類比,提出了原子結構是電子繞核運動的這一原子核式模型。德布羅意通過將電子與質子等微觀粒子與光相類比,在光的波粒二象

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性基礎上指出微觀粒子具有波粒二象性的假設,提出了物質波的思想。

三、原子物理學教學可培養學生的創新精神

創新是一個民族的靈魂,是一個國家興旺發達的不竭動力,是實施素質教育的重點。創新精神就是一種勇于拋棄舊思想舊事物、創立新思想新事物的精神。創新就要不墨守成規,敢于打破原有框框,探索新的規律,新的方法。因此,在物理教學中要高度重視培養學生的創新意識和創新能力。創新教育是以培養人的創新精神和創新能力為基本價值取向,使學生在系統地掌握學科知識的同時發展其創新能力。從經典物理學到量子力學的發展過程,就是物理學家不墨守成規,不抱住現成的理論不放,而是勇于創新的過程,在原子物理課程中就包含有許多具有許多創新精神的典型人物和典型事例。

1.盧瑟福的“核式模型”的建立

盧瑟福和他的助手們通過a粒子散射實驗發現,a粒子散射絕大多數a粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,少數a粒子卻發生了較大的偏轉,極少數a粒子的偏轉角超過了90°,個別的a粒子甚至被彈回。實驗結果不能用湯姆遜的原子模型進行解釋,但盧瑟福敢于對當時的原子物理學的權威——自己的老師湯姆遜的觀點產生了懷疑,提出了全新的原子核式結構模型,很好地解釋了實驗現象,取得了重大突破,發展了原子物理學的理論。

2.玻爾理論的建立

盧瑟福的原子核式結構模型雖然能很好地解釋了粒子大角度的偏轉問題,但卻跟經典的電磁理論發生了很大的矛盾。第一是不能解釋原子的相對穩定性問題,第二是不能解釋氫光譜的不連續性問題。玻爾面對自己的老師盧瑟福的原子模型的缺陷,敢于質疑、敢于提出新設想,大膽地將普朗克的量子觀點運用到原子系統上,提出了三大假設:

(1)定態假設。原子存在著某些定態,在這些定態中不發射也不吸收電磁波。原子定態能量只能取某些分立的值:el,e2,e3,e4……這些定態能量叫作能級。

(2)頻率條件。如果原子從能量為en的定態躍遷到em的穩定態,其能量差與發射或吸收光子的頻率ν的關系為:en-em=hv,這是玻爾理論最基本的量子假設也是最核心、最富有獨創性的內容。

(3)角動量量子化條件。在符合經典力學規律的一切可能軌道中,只有那些角動量l等于h整數倍的軌道才能實際存在并形成定態,這稱為量子化條件。即:l=nη,n=1,2,3,…

這三大假設,確立了玻爾的原子結構模型,較好的解決了盧瑟福的模型所面臨的困難。

3.電子自旋概念的提出。玻爾理論提出之后,人們對不能夠比較滿意地解釋原子光譜的精細結構及反常塞曼效應規律感到十分困惑,引起了物理學界廣泛的注意。1925年在荷蘭萊登大學攻讀學位的兩位博士生烏倫貝克和古茲密特受到泡利不相容原理的啟發,分析了原子光譜的一些實驗結果,大膽地提出了前所未有的電子自旋假設:電子除了圍繞原子核運動以外,還具有角動量量子數為半整數的自旋運動。電子自旋的提出,使困擾人們多年的光譜精細結構、歷史遺留的元素周期表結構和反常塞曼效應等重大問題都獲得了圓滿的解釋。

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關鍵詞：高中物理 量子論內容 演變

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）03（c）-0041-01

在現代化教育理念下，物理教育也必須要緊跟現代化教學要求設置內容。但是在設置量子論內容上不能空談，需要分析量子論發展的演變，進而在發展基礎上探析內容演變過程，再在該基礎上逐步提升和發展，這才是量子論內容設置的發展方向。

1 高中物理量子論內容設置演變

對于我國教育改革來說，新的課程該正在如火如荼的進去，必須要改變傳統課程內容的繁、難、舊以及偏以及照本宣科的現狀，要結合時展發展新的課程內容，適應現代化發展要求和任務。在這種形勢下，必須要強化內容和學生的生活及現代化科學發展相聯系，讓課程具備基礎性、時代性以及選擇性，分析學生學習中的興趣與經驗，從各種技能之中精選必備基礎制度和技能，在這種情況下量子論成為了發展必然趨勢。

事實上自從量子論問世以來，距今大約有一百年的歷史了，它逐漸成為了支柱近代物理學兩大理論之一，并且被物理學廣泛使用到各個領域，給人類提供新方法與新思想，給人類科學乃至社會科學都產生出深遠影響，依據相關統計到了20世紀中葉，具備量子論背景下獲取了醫學獎和其他生理學獎站占據比例較大。但是從近代先進發現，現代物理知識對社會科學素養具備基本要求，同時，還具備重要教育價值。但是對于高中物理的量子論來說，目前所涉及到的課程依然比較少。因此，要在高中物理課程中要適當引入一些量子論的知識。還必須要依據公眾的科學素養需求深入到現代物理知識，并將量子論及其他一些內容融入到物理課程，這是高中物理發展必然趨勢。而且在現代高中物理知識中滲透一些量子論，就能夠為學習適當開設一些科學窗口，讓學生通過這個窗口能夠見識世界，一開眼界，讓學生感受到外面世界的精彩，相關人士探究發現發達國家都開設課程較多，但是研究發現都將量子論作為重點內容，例如美國所用的《PSSCPhysixs》物理教材，就將電和原子結構作為了滲透原子論觀點。并且在現代的物理學中也涉及到量子論的內容，在現代物理學中量子論內容占據比例相當大，很多宇宙學與天文學都將量子論與相對論作為主要內容。而且澳大利亞如今高中物理教材之中，對于宇宙、天體物理以及太空、量子到夸克等都是以單章節出現的。美國科學教師協會所指定出來的物理考的中都將現代物理作為重要內容，占據了15%的內容。

從許多文獻研究中可知，一些國家都開始將量子論編入到近代的物理課程內容之中，而且多占據的比例逐漸變重。因此將量子論的內容編入高中物理是現代化物理課程發展必然趨勢。而且將課改物理大綱以及新課程標準融入了量子論，就必須要對高中物理內容的設置演變進行適當探討，清晰意識到物理量子論課程設置，期望該課程對物理教學有所指導，這也是我國物理量子論發展必然趨勢。

1.1 新課程下物理大綱與量子論知識的關系

在新課程之下物理大綱有了較大發展，而且也是緊跟社會人才需求所編撰，因此就具備了現代性，這二者之間的比較主要體現在以下幾個方面：

從改革開放以來，高中物理大綱與新課標都將量子論設為新知識、重要知識，也只有在數量上一致，并且這些知識點都造成數量在逐漸增加。在2005年、2008年以及2011年，大綱中所加入內容基本度差不多，在該基礎知識上逐漸提升；而且應用滲透方式融入大綱之中，進而體現出原子結構，但是許多教學中并沒有將量子論作為專題講述。但是從實際課程設置來看，量子論內容正在逐漸成為專題課程步入正軌教育。

其實在2000年以來大綱之中就適當加入了一些量子論，各種內容都是大同小異，并且逐漸加入物質波，逐漸成為了必學內容，明確表明學生所能夠接受形式，同時，還對現代科學技術進行適當介紹，通過量子論反映出現代物理學重要的觀點，讓學生進一步了解現代物理學發展必然趨勢。事實上，1998年的教學大綱和2005年的新課程標準中所涉及量子論內容基本上相同，同時，還會加強知識點數量。2008年物理大綱之中就明確提出，物理教學內容必須要更新時展，處理好經典物理和近代物理之間關系，依據實況適當的加強現代物理觀點，通過物理量子論來開拓學生眼角與思路，進而體現出物理量子論的重要內容。

1.2 通過物理大綱列置出量子論的部分知識點

雖然物理課程中量子論確實也是比較重要知識，但是也有學校將該課列入到選修課中，在講解物理課程中量子論時劃分成AB兩個層次。自從我國融入進微觀世界后，量子化就成為重要研究對象，而到了2003年大綱也是第一次列入到課程中，但是那個時候僅僅是將該類課程設置成選修課程，并沒有設計出獨立的量子論專題，也沒有將量子論融入到原子與原子核中，這樣學習的目標就比較模糊，就需要設置成模糊和選題模式相結合，把力學成績和局限性相結合。在上面的大綱以及新課程有關量子論基礎上，體現出新的局限性，從量子論因重要作用來看，還需要高中物理提進一步明確其內容，這樣才能夠加強物理內容的改革，加強現代物理知識可持續化發展。

2 結語

隨著現代技術的高度發展，物理學成為高中重要的課程之一，尤其是一些特殊內容都是發展必然趨勢。在這種情況下，就必須要分析高中物理的量子論演變過程，探究物理量子論涉及到的重要知識，進而在該演變基礎上推動物理教學可持續發展。

參考文獻

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