物理本科生畢業(yè)論文

時間：2024-10-06 07:23:47 學人智庫我要投稿

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物理本科生畢業(yè)論文

　　摘要：本文結(jié)合材料物理專業(yè)中的基礎課程――《量子理論》的發(fā)展史，從哲學的角度出發(fā)，淺談了材料學科發(fā)展中的哲學思想，并以哲學思想為主線，來進一步指導學生對現(xiàn)代科學技術發(fā)展的理解，對加強學生的世界觀、物質(zhì)觀以及運動觀的進一步理解，具有重要的指導意義。

物理本科生畢業(yè)論文

　　關鍵詞：量子力學教學研究哲學思想

　　“大學之道，在明明德，在親民，在止于至善�！睖毓手瘢褂谥辽�，提高當代大學生的哲學素養(yǎng)、人文情懷和科學素養(yǎng)，是素質(zhì)教育的要求之一。

　　以牛頓運動三定律、電磁理論和熱力學及統(tǒng)計物理學為基礎的經(jīng)典力學誕生于17世紀，成功地解釋了大量物理學現(xiàn)象，取得了輝煌的科學成就，曾經(jīng)被人們信奉為客觀真理。

　　在19世紀末20世紀初，人類以巨大的熱情來研究原子核和放射現(xiàn)象，導致了兩大理論成果的誕生：量子理論和相對論。

　　隨后，激光器、二極管、三極管、集成電路、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、登月等等，這些輝煌的成就促使人類邁進了信息時代。

　　運動著的電子――一個小小的微觀粒子，卻促使人類文明進入了電子信息時代。

　　事實表明，現(xiàn)代信息技術的理論基礎是物理學，信息的產(chǎn)生、發(fā)送、接收和處理，都是由一個個物理的系統(tǒng)來實現(xiàn)，因此信息世界的物理體系歸根結(jié)底要受到物理定律的制約。

　　現(xiàn)在人們明白了，經(jīng)典物理理論僅適用于宏觀低速運動的物體的場合，而對于微觀小尺度下、接近于光速運動的粒子的運動規(guī)律誤差會變得很大，必須使用相對論和量子理論來描述。

　　而經(jīng)典物理理論僅僅是量子理論和相對論在低速宏觀范圍下的良好近似。

　　量子理論是二十世紀最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。

　　量子理論的形成和發(fā)展，是整個物理學發(fā)展中最值得書寫的，也是對青年大學生最具有啟發(fā)意義的過程，在此期間包括了愛因斯坦的奇跡年(1905年)。

　　梳理和探究整個過程中所包含的科學思維，科學方法，科學理論，科學素養(yǎng)……都是值得我們?nèi)ヌ剿�、去深思、去挖掘的�?/p>

　　一、對青年大學生物質(zhì)觀和運動觀的進一步加深具有重要意義

　　科學技術發(fā)展到21世紀，人類對于物質(zhì)世界的認識進入到了納米尺度。

　　材料學科的研究中出現(xiàn)了很多量子效應。

　　量子理論中的許多不同于經(jīng)典力學的物理現(xiàn)象顛覆性地發(fā)展了經(jīng)典力學的思維，拓寬了人類認識物質(zhì)世界的視野，使人們對運動的本質(zhì)有了更進一步的了解。

　　隨著人類認識的不斷深入和材料尺寸的不斷縮小，電子運動的量子效應愈加明顯。

　　現(xiàn)在人們已經(jīng)明白了，電子既是一種微觀粒子，同時也是一種波，這就是所謂的波粒二象性。

　　與經(jīng)典物理現(xiàn)象不同的是，微觀粒子的諸多物理量之間受到量子規(guī)律的束縛，其中之一便是著名的不確定性原理，例如時間與能量之間、動量與位置之間等。

　　此外，另一個有趣的現(xiàn)象是電子的勢壘貫穿效應，即能量小于勢壘高度的電子或者其它微觀粒子可以以一定的幾率，越過勢壘，運動到勢壘的右邊去。

　　盡管一個理性的人對這種解釋可能不滿意，但是我們必須明白“隧穿”僅僅是我們?yōu)榱死斫獾姆奖愣鴺?gòu)造的一個東西，除非人們對量子世界的認識更進一步。

　　我們唯一能確定的是當滿足一定條件的時候，隧穿效應就會發(fā)生。

　　二、對青年大學生思維拓展與創(chuàng)新具有重要的啟發(fā)意義

　　量子理論是描述微觀粒子運動規(guī)律的理論，其概念體系與研究宏觀現(xiàn)象及其規(guī)律的經(jīng)典物理學有很大的不同。

　　量子理論的出現(xiàn)，是人類對物質(zhì)世界認識日益深化的結(jié)果，為其他自然學科的發(fā)展開辟了廣闊的前景。

　　從培養(yǎng)研究型科學人才的角度來說，量子理論是與現(xiàn)代科學研究聯(lián)系最緊密的課程之一。

　　這對當代青年大學生提出了更高、更嚴格的要求。

　　第一，必須尊重客觀世界的運動規(guī)律，堅持創(chuàng)新思維，深刻認識微觀世界的規(guī)律。

　　規(guī)律是物質(zhì)在運動過程中表現(xiàn)出來的必然的、穩(wěn)定的、永恒的聯(lián)系，任何事物之間都有聯(lián)系，都是矛盾的對立統(tǒng)一體，這就需要在實際的學習探索中抓住主要矛盾以及矛盾的主要方面。

　　同時，矛盾具有特殊性，內(nèi)因是事物發(fā)展的根據(jù)，決定著事物發(fā)展的方向和主要性質(zhì)，外因是事物發(fā)展的次要因素。

　　在實際的處理過程中要區(qū)別對待。

　　第二，注意量變到質(zhì)變的積累。

　　量變是指事物單純數(shù)量上的增加或減少，事物保持其質(zhì)的穩(wěn)定性。

　　質(zhì)變是指事物根本性質(zhì)的變化，“量變→質(zhì)變→新的量變”是事物發(fā)展的基本規(guī)律。

　　注意收集數(shù)據(jù)，逐步地總結(jié)規(guī)律。

　　任何重大的發(fā)現(xiàn)，都有一個辛苦的積累過程，面對紛繁雜蕪的實驗數(shù)據(jù)，如何去偽存真，由表及里，層層剖析?這需要尊重客觀規(guī)律，逐漸挖掘深層次的信息，切勿急于求成或者違背客觀規(guī)律。

　　這方面在量子理論的發(fā)展過程中體現(xiàn)得尤為重要。

　　第三，量子理論是開放的理論，對量子理論的爭論一直在繼續(xù)。

　　量子理論過去的成功并不意味著它是一個徹底完善的物理學理論。

　　自量子理論誕生以來，關于量子理論的思想基礎和基本問題的爭論，從來就沒有停止過。

　　人們對于量子理論本身的完備性及其一些基本觀念的理解，甚至持有截然不同的觀點。

　　其他的理論也是在不斷地爭論中不斷完善。

　　三、量子力學中的數(shù)學思想及其知識框架

　　量子力學中主要的數(shù)學知識，主要是Hilbert內(nèi)積空間，這是學生在學完微積分初步、線性代數(shù)以及概率論后需要掌握的、在工程領域內(nèi)應用最為廣泛的一門數(shù)學學科，也是對空間解析幾何的推廣和延伸。

　　其中包括了對前面提到的幾門學科的綜合應用，例如量子力學中的力學量，用線性算符來描述，則必須是厄米的;用海森堡的矩陣力學表示，則要求該矩陣的本征值和平均值均為實數(shù);還有，在計算不同物理量表象的矩陣元時，要用到定積分的運算;而不同表象之間的變換，需要用到矩陣變換;此外，在講到微擾論和變分法時，還需要進一步的用到更多的數(shù)學知識。

　　這些數(shù)學學科分支的交叉出現(xiàn)，足以讓學生對該門課程的進一步學習產(chǎn)生畏懼心理。

　　如何消除和轉(zhuǎn)變學生的這種畏懼心理，這就要求教師在課堂上增強授課的趣味性。

　　事實上，一部量子力學的發(fā)展史，包含了太多的啟迪、方法、思維和科學研究的因素，因利勢導，重視基礎知識的講解，將所有涉及到的數(shù)學知識及其發(fā)展史，生動地傳授給學生。

　　筆者經(jīng)過近五年的課堂教學，認為對當前的大學本科學生，倘能在授課中能做到這一點，那么，學習《量子力學》的意義就達到了。

　　結(jié)論：以量子理論為核心的量子物理無疑是本世紀最深刻、最有成就的科學理論之一。

　　它不僅代表了人類對微觀世界基本認識的革命性進步，而且?guī)砹嗽S多劃時代的技術創(chuàng)新，直接推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，從根本上改變了人類的物質(zhì)生活。

　　讓學生在不斷的思考和探索中，體會到學習和思考的快樂;對學生的世界觀、物質(zhì)觀以及運動觀的進一步深入，具有重要的指導意義。

　　參考文獻：

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