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621-《量子力學》考試大綱

一、試卷滿分及考試時間

試卷滿分為150分，考試時間為180分鐘。

二、試卷的內容結構

波函數和Schrodinger方程 15%-20%

一維勢場中的粒子 15%-20%

力學量用算符表示 20%-25%

中心力場 5%-10%

量子力學的矩陣表示與表象變換 10%-15%

自旋 15%-20%

定態問題的近似方法 10%

多體問題 ～5%

三、試卷的題型結構

基本概念20％

證明推導30％

分析計算題50％

四、考察的知識及范圍

本科目考試的重點是要求熟練掌握波函數的物理解釋，Schrodinger方程的建立、基本性質和精確求解，同時掌握一些重要的近似求解方法，理解這些解的物理意義，熟悉其實際的應用。掌握量子力學中一些特殊的現象和問題的處理方法，包括力學量的算符表示、對易關系、不確定度關系、態和力學量的表象、電子的自旋、全同性原理和泡利原理等，并具有綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力。

1、波函數和Schrodinger方程

波粒二象性，量子現象的實驗依據，量子力學的基本假設。波函數及其統計解釋，Schrodinger方程，連續性方程，波包的演化，Schrodinger方程的定態解，態疊加原理。

了解波粒二象性假設的物理意義及其主要實驗事實；熟練掌握波函數的標準化條件：有限性、連續性和單值性。深入理解波函數的概率解釋。理解態疊加原理以及任何波函數按不同動量的平面波展開的方法及其物理意義；熟練掌握Schrodinger方程的建立過程。深入了解定態Schrodinger方程，定態與非定態波函數的意義及相互關系。了解連續性方程的推導及其物理意義。

2、一維勢場中的粒子

一維勢場中粒子能量本征態的一般性質，一維方勢阱的束縛態，方勢壘的穿透，方勢阱中的反射、透射與共振，δ函數和δ勢阱中的束縛態，一維諧振子。

熟練掌握一維Schrodinger方程邊界條件的確定和處理方法；熟練掌握一維無限深方勢阱的求解方法及其物理討論，掌握一維有限深方勢阱束縛態問題的求解方法；熟練掌握勢壘貫穿的求解方法及隧道效應的解釋；掌握一維有限深方勢阱的反射、透射的處理方法及共振現象的發生；熟練掌握一維諧振子的能譜及其定態波函數的一般特點及其應用；了解δ函數勢的處理方法。

3、力學量用算符表示

坐標及坐標函數的平均值，動量算符及動量值的分布概率，算符的運算規則及其一般性質，厄米算符的本征值與本征函數，共同本征函數，不確定度關系，角動量算符。連續本征函數的歸一化，力學量完全集。力學量平均值隨時間的演化，量子力學的守恒量和對稱性。

掌握算符的本征值和本征方程的基本概念；熟練掌握厄米算符的基本性質及相關的定理；熟練掌握坐標算符、動量算符以及角動量算符，包括定義式、相關的對易關系及本征值和本征函數。 熟練掌握力學量取值的概率及平均值的計算方法；理解兩個力學量同時具有確定值的條件和共同本征函數；熟練掌握不確定度關系的形式、物理意義及其一些簡單的應用；理解力學量平均值隨時間變化的規律；掌握如何根據哈密頓算符來判斷該體系的守恒量。

4、中心力場

兩體問題化為單體問題，球對稱勢和徑向方程，自由粒子和球形方勢阱，三維各向同性諧振子，氫原子及類氫離子。

熟練掌握兩體問題化為單體問題及分離變量法求解三維庫侖勢問題；熟練掌握氫原子和類氫離子的能譜及基態波函數以及相關的物理量的計算；了解三維無窮球方勢阱及二維、三維各向同性諧振子的基本處理方法。

5、量子力學的矩陣表示與表象變換

量子態和力學量算符的矩陣表示，表象變換，狄拉克符號。

理解力學量所對應的算符在具體表象的矩陣表示；了解表象之間幺正變換的意義和基本性質；掌握量子力學公式的矩陣形式及求解本征值、本征矢的矩陣方法；了解狄拉克符號的意義及基本應用。

6、自旋

電子自旋態與自旋算符，總角動量的本征態，堿金屬原子光譜的雙線結構與反常塞曼效應，電磁場中的Schrodinger方程，自旋單態與三重態，光譜線的精細和超精細結構。

了解斯特恩—蓋拉赫實驗及其他自旋存在的實驗證據，電子自旋回轉磁比率與軌道回轉磁比率；熟練掌握自旋算符的對易關系和自旋算符的矩陣形式(泡利矩陣)、與自旋相聯系的測量值、概率和平均值等的計算以及其本征值方程和本征矢的求解方法；了解電磁場中的Schrodinger方程和簡單塞曼效應的物理機制；掌握角動量耦合（自旋-軌道藕合）的概念、總角動量本征態的求解及堿金屬原子光譜的精細和超精細結構；熟練掌握自旋單態與三重態求解方法及物理意義。

7、定態問題的近似方法

非簡并定態微擾論，變分法。

了解定態微擾論的適用范圍和條件；掌握非簡并定態微擾論中波函數一級修正和能級一級、二級修正的計算；掌握變分法的基本應用。

8、多體問題

了解量子力學全同性原理及其對于多體系統波函數的限制；費米子和波色子的基本性質和泡利原理。

五、主要參考書目

1、量子力學教程（第三版），曾謹言，科學出版社

2、量子力學（卷Ⅰ）（第五版），曾謹言，科學出版社

物理與天文學院

2017年9月1日