量子力学的应用范文篇1

【关键词】能量守恒物理问题能量转化

【中图分类号】G【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）02B-0162-02

能量不会凭空消失，也不会凭空产生，只能通过一种形式的能量转换成另外一种形式的能量，或者从一个物体转移到另外的一个物体，并且能量的总量保持着不变，这就是能量守恒定律。运用能量守恒定律能够更好地解决许多物理问题，也就是说，对物理学中的不同类型的物理问题，从能量守恒入手，可以找到清晰的分析思路和方法。但是要想熟练地运用能量守恒定律就必须熟记能量守恒定律的表达公式及其守恒条件，要不就会用错。

一、力学中的能量守恒

在力学的学习过程中我们都知道，如果物体仅仅受到重力和弹力的作用，那么物体的能量就会在势能和动能之间进行转换，并且机械能的总量不变，对于这种情况下我们称之为机械能守恒定律。机械能守恒定律是解决高中物理力学问题的重要方法，下面我们就通过一道高中物理力学的问题来分析如何利用机械能守恒定律。

〖例1〗如图所示，有一匀速运行的传送带，其速度为v=2.0m/s，在A点的上方有一带料斗，带料斗中装满了沙子，打开开关以后，沙子以Q=50kg/s的速度落到运行中的传送带上，沙子从A点被运送到B点，在传送的过程中，下面选项中说法合理的为（）

A.在一分钟时间内，沙子与传送带发生摩擦，由此产生的热为1.2×104J

B.在一分钟时间内，沙子与传送带发生摩擦，由此产生的热为6.0×103J

C.电动机需要增加的功率为100W

D.电动机需要增加的功率为200W

〖解析〗当沙子落到传送带上后，传送带做的功转化成了沙子的动能与产生的热量，合理分析题目的条件，借助功能关系就能够正确解答问题。假设一定时间t内落到传送带上的沙子的质量是m，那么Q=m/t。此部分沙子因为摩擦力f的作用被迫加速，由功能关系可得，沙子在摩擦力的影响下开始加速，所以，s转=vt。相对位移s=s转-s=s，可知煤的位移和煤与传送带的相对位移相同。因此产生的热量。所以传送带在t内增加的能量E为，功率，可知B是错误的，D是正确的。通过之前的分析可知，单位时间的热量为Q热=。因此一分钟内产生的热量Q总=Q热t==6.0×103J，因此B选项正确，A选项错误，B、D选项正确。

这道题中，尽管能量转化成两个形式的能量，但总量没有变化，是一道经典的能量守恒类型的题目，它能够加深学生对能量守恒定律的理解。

二、热学中的能量守恒

物理学中，关于热学的能量守恒也经常遇到，而且热学往往会伴随着力学、电学等一起出现。我们知道，热能与机械能、电能等可以相互转化，比如电能转化成热能，热能转化成其他类型的能。这里我们用一道力学与热学结合的题目来分析，如何通过能量守恒来解决问题。

〖例2〗将一个质量为Mkg的铁块固定在实验桌上，然后发射一枚质量为mkg的子弹，子弹以一定速率击中铁块后，子弹留在铁块中，铁块与子弹的温度升高了12℃，如果将铁块放置在光滑的水平面上，然后发射一枚质量同样为mkg的子弹，子弹以一定速率击中铁块后，子弹留在铁块中，它们的温度升高了11℃，求铅块与铅弹的质量比。

〖解析〗运用热力学第一定律得U=Q+W。根据能量守恒定律，子弹和铁块的温度升高就意味着对应的系统的机械能减少了。

〖解〗设子弹的击中速度为v0，第二次两者达到的共同速度为v，两次升高的温度分别为t1，和t2，铁的比热容为C，因损失的机械能全部转化为铁块和子弹的内能，故有

Q=E

对第一次有c（M+m）t1=mv02

对第二次有mv0=（M+m）v

且c（M+m）t2=mv02-（M+m）v2

由以上三式可得，铅块和铅弹的质量之比：

对这样一道题目，我们要通过铁块的静止和运动两种状态来进行分析，物体运动就会产生动能，子弹和铁块的温度升高就说明动能转化成了热能，这样，利用能量转化与守恒定律就能够找到解决问题的切入点和突破口，并顺利地解决问题。

三、光学中的能量守恒问题

光电效应讲述的是原子中的电子吸收了光子的能量，其中一部分能量让电子克服原子核的引力作用，另外一部分能量变成电子离开原子核后的动能。在光电效应中，利用能量守恒定律，就能够将比较抽象的物理学问题转变为相对简单的问题。下面是一套光电效应的试题。

〖例3〗氢光谱波长，对于k=1的系列光谱线波长均处于紫外线区，将其称之为赖曼系；而k=2的系列波长均处于可见光区，称之为巴尔末系。现利用氢原子所发出的光对某种金属照射进行光电效应实验，当所采取的光为赖曼系波长最长的光时，其遏比电压记为U1；当利用的光为巴尔末系波长最长的光时，遏比电压记为U2。已知电子电荷与真空光速分别为e和c，试求普朗克常量与该种金属的逸出功。

〖分析〗由公式可得在赖曼系中发生的光波长最长的为氢原子由n=2向k=1跃迁时所发出的波，其波长倒数为

所对应的光子能量

另外，巴耳末系波长最长的光是氢原子由T1为正无穷向k为2状态跃迁时发生的，其波长倒数为

对应的光子能量

W表示的是该金属的逸出功，eUl与eU2所表示的分别为光电子的最大初动能。根据爱因斯坦光电效应方程可得

得

光电效应是较为简单的一节内容，记住了相关公式和理论，就能够解答大部分高中物理中的有关光电效应的题目。但要记住，在电子跃迁中，遵循能量守恒定律。

四、电学中的能量守恒问题

电是我们生活中常见又必不可少的东西，电可以转化成机械能、光能、热能等，通过对电学中能量守恒问题的研究，能够帮助我们更好地了解生活。现讲解用能量守恒定律解答带电物体在电场中受到电场力作用的问题。

〖例4〗如图所示，在竖直向上的匀强磁场中，放置一个水平光滑且足够长的平行金属导轨，ab的距离是cd距离的两倍，将两根质量相同的金俟鞣旁诘脊焐稀O衷诟ab施加一个水平向左的初速度v0，当CD固定不动时，AB整个运动过程中产生的热量为Q。那么，当CD不固定时，AB以v0启动后整个运动过程中产生的热量是多少？

〖解析〗CD固定时，有Q=mv02，CD可动时，设AB速度减为v，CD速度增为2v，时间为t。此时穿过回路的磁通量不再变化，感应电流消失，之后AB、CD均做匀速直线运动。在上述的t时间内，AB受的安培力都是CD的2倍，可认为AB受的平均安培力为CD的两倍，则

对AB有2Ft=mv0-mv①

对CD有Ft=2mv-0②

联立两式得

设以上产生的热量为Q'，由能量守恒得

电学是高中物理里面较为繁琐的一个内容，电学可与磁场、运动学、热学等各个方面的内容相结合来综合命题，因此在解电学问题的过程中，常常会用到能量守恒定律，因此学生要掌握利用能量守恒定律来求解电学问题的基本方法。

量子力学的应用范文

关键词：量子力学；教学探讨；能力提高

1引言

生产力的发展客观需要，推动人们探索微观世界的奥妙，掐指算来，量子概念的诞生已经超过整整100年。但随着科技日新月异的发展，可以毫不夸张地说，没有量子物理，就没有人们今天的生活方式。量子物理的应用已经渗透到现代化生产的许多方面，如半导体材料与器件，磁性材料与器件，原子能技术、激光技术等等。《量子力学》课程的学习已成为国内高等理工科院校“应用物理”“电子科学与技术”“光信息科学与技术”等专业的必修学科基础课。通过该课程的学习，培养学生辩证唯物主义世界观，独立分析问题和解决问题的科学素养，并为“固体电子导论”“光电子学”等后续课程的学习打下良好的基础。

2对《量子力学》课程的探讨

《量子力学》涵盖了基础物理、数学物理方法、概率论、线性代数、矩阵等多个学科领域的内容，特别是基本概念、规律与方法与经典物理截然不同，不能凭借我们所熟悉的经典概念去证明。这些现状导致学生在该课程学习中感觉到难度更大。传统的课堂教学容易陷入纯粹的数学推导而忽略物理情景的建立。

种种现象表明，现存的“单纯授课式”教学方式不符合本课程的教学规律，无法实现其预定的教学目标，必须在各方面加以充分改进。目前，国内外对《量子力学》课程的教学方法已经作了大量的尝试和研究，提出了多种教学方法，如开发生动的多媒体课件、课堂分组讨论、模块化教学等。如何让学生在偏微分方程为主线的教学体系中，理解抽象的量子物理基本框架，并激发和保持学生的学习兴趣，是任课教师需要探索和实践的重要课题，值得花力气去研究。此外，随着时代的发展，量子物理所带来的新技术又层出不穷，大量前言研究成果脱颖而出，如量子通信，量子纠缠，量子密码等。如何将这些最近量子应用技术融入到日常课堂教学中，无疑对教师的教学能力、教学方法和综合素质以及学生的课程学习方式等都提出了更高要求。

问题既是学习的起源，也是选择知识的依据，又是掌握知识的手段，因此在教学实践的基础上，可以尝试以“问题导向”作为切入口，将案例教学、视频教学、科研成果等融入《量子力学》的教学过程，克服抽象的物理图景给学生带来的困扰，增强学生利用所学知识解释现实、分析问题、解决问题的能力，培养学生主动思考和实践创新能力，进而提高教学效果。鼓励学生根据自己的兴趣与基础，在教师的指导下进行专题研究，用现有的专业实验室条件，针对课程理论知识带着问题和专业的实践应用问题，在科研实践中加深知识的理解和运用，逐步提高其创新能力。

3《量子力学》课程问题导向型教学实施建议

3.1学习状态的调查与分析

量子力学可谓无处不数学，因此需要以无记名答卷调查和课间交谈方式，对学生的之前数学物理知识基础，学习兴趣等进行统计和分析，从而为制定合适的教学计划、选取恰当的教学内容和教学方式打下基础。如果没有对具体问题进行严格的数学推导，就无法真正深刻理解基本原理，量子物理的实际应用也就更无从谈起。课程系统学习之前，教师应该把知识点中可能运用到的数学知识梳理后作为参考资料发给学生，便于学生在平时练习中使用。

3.2建立“问题为导向的交互式教学模式”

量子力学的应用范文

关键词：电子信息类；应用型；人才培养质量；标准

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）25-0142-02

近年来，随着我国高等教育大众化时代的演进和高校应用型转型的全面推进[1，2]，新升格的应用型本科院校为适应社会发展需要，他们从专业设置到人才培养方案制定，从理论课程教学到实践实习实训等，都突出应用性特色。在国家和省财政的大力支持下，通过一轮又一轮本科教学质量工程和教改项目建设，各高校从办学规模到专业设置，从实践性教学到人才培养质量等都有了大幅度提高。但是也可以看出，一方面各个应用型本科院校发展不尽一致，有些学校占住发达地理优势发展迅速，有些学校根据地方需求发展地方性；另一方面，各校各专业的发展也不平衡，如一些传统性专业，不如工学专业发展迅速，面临招生和就业的困难。这些高校每年都源源不断的向社会输送大量人才，各个学校各个专业人才就业率和就业层次不一样，归根到底还是人才培养质量不尽相同。

我国《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2022年）》[3]明确指出提高人才培养质量，牢固确立人才培养在高校工作中的中心地位，着力培养高素质专门人才。2012年3月，教育部又出台《教育部关于全面提高高等教育质量若干意见》文件，各高校要创新人才培养模式，完善人才质量标准体系[4]。事实上，人才质量是高校发展之核心和关键，怎样对人才培养质量进行评价，就要涉及到一个标准的问题，我们必须要建立相应的人才培养质量标准，应用型本科人才培养质量标准的建立已是迫在眉睫。本文着力寻找建立人才培养质量标准的基本原则，拟对电子信息类专业构建应用型人才培养质量标准。

一、电子信息类专业应用性人才培养目标

《刚要》有明确指出，要改革教育质量评价和人才评价制度，开展由政府、学校、社会各方面共同参与的教育质量评价活动。根据《刚要》精神，我校池州学院机电工程学院对地方经济开发区、周边人才市场和沿海城市进行广泛深入的调研，同时，对一些重点、一般和同类应用型高校相关专业也进行了学习和交流，制定出了我校电子信息专业的人才培养目标：培养能主动适应经济、社会发展需要，富有创新精神和创业能力，具备电子信息科学与技术专业基础知识和基本技能及相关领域的基础理论，受到严格的科学实验训练和科学研究初步训练，能在电子工程、通信、计算机应用、信息系统等相关领域从事科技开发、产品设计与加工、管理等工作的应用型工程技术人才。本文围绕这个人才培养目标，构建电子信息类人才培养质量标准。

二、应用型人才培养质量标准制定原则

1.人才培养质量标准建立的客观性原则。人才培养质量标准建立必须符合客观性原则，也就是说，这个质量标准必须符合人才培养的客观规律。制定标准要符合现代社会发展需要，要符合专业人才培养目标要求。这需要进行大量社会调研和人才调研，高瞻远虑，才能寻找出人才培养的客观规律性和本质要求。

2.人才培养质量标准建立的时代性原则。人才培养质量标准建立必须符合时代性原则，即标准要具有实时性，不能将以前的标准直接搬过来用。以电子信息行业人才培养为例，当今电子行业发展迅速，应用型人才要具有一定电子产品设计和开发能力，而电子产品开发和早期的含义已不一样，人才的能力要素要随时展而变化。

3.人才培养质量标准建立的共识性原则[5]。人才培养质量标准建立的共识性是指标准应该得到大家的一致共识。以电子学科来说，制定标准要由大家共同参与制定，不但是本校同行，还要有校外电子学科专家论证，同时还要有电子企业专家参与制定。要符合电子类人才培养目标要求，得到的标准大家应该一致认可。

4.人才培养质量标准建立的全面性原则。人才培养质量标准建立的全面性是指标准应该从各个方面反映和体现人才质量。不能只从学生角度来看，不光涉及到学习理论成绩方面，还要涉及德智体美劳方面，特别是电子动手实践方面；不但是人才主体方面，还要涉及与主体有关客体方面，如师资队伍质量、学科实验实训室建设质量、校外实习基地建设质量等等，人才培养应该是在一个立体空间中实现。

5.人才培养质量标准建立的可操作性和层次性原则。人才培养质量标准建立的可操作性是指标准在实践应用中能够方便执行，能够容易操作。人才培养质量标准分类要明确，层次分明，应该确定一级标准、二级标准等等，各级指标尽量量化具体，语言表述不能模棱两可含糊不清，力求准确具体。

三、电子信息类应用性人才培养质量标准的构建

根据以上电子信息专业人才培养目标和人才培养质量标准制定原则要求，本文结合池州学院电子信息科学与技术专业实际情况，不仅根据人才能力要素，还要从与人才能力相关的诸要素，如师资队伍、教学资源、教学管理等，共同构建电子类应用性人才培养质量标准。本文拟定从六个方面构建一级标准：人才培养方案标准、教学资源建设标准、师资队伍建设标准、教学管理标准、实践性教学质量标准和人才质量标准。这几个方面几乎涵盖了人才培养质量主要要素，它们都与人才培养质量密切相关，并在一级指标下进行分级得到更细化的二级指标。

1.人才培养方案包括人才培养目标和人才培养体系两个二级指标，是标准建设的主要指标。人才培养目标标准要按照符合学学校地方性和应用型办学定位，是否符合电子信息专业特点；人才培养体系标准应包括：能力模块设置符合目标要求情况；学时学分分配情况；实践性学时学分比例情况；教材选用情况等等。

2.教学资源建设包括公共图书资料建设、专业图书资料建设、图书馆网上资源建设、专业精品课程建设情况等二级指标。公共图书资料是指公共课程方面的图书资料数量；专业图书质量包括电子类专业课方面的教材、教辅资料、专业杂志等数量；专业精品课程资源包括电子类专业基础课和专业课程资源共享情况，其质量直接反映教学团队力量和水平情况，该资源直接能为教师和学生教学和学习方便使用。

3.师资队伍建设包括教师数量、师资结构和教学水平等二级指标，对人才培养质量有着直接影响。可以通过调研国外应用型高校专业和国内同类学校专业，确定最优化的师生比例指标；师资结构指标主要包括年龄结构、职称学历学位结构、企业专家比例、双师比例；教学水平指标主要包括课堂教学效果、教师备课教案情况、教师教学成果情况等。

4.实践性教学建设包括实验室建设、实习实训基地建设、产学研合作建设、电子竞赛组织参加获奖情况二级指标。该指标反映应用型工科专业人才培养质量重要指标。实验室建设指标包括基础实验室建设、专业实验室建设、综合性实验室建设，而实验室中实验台套数、实验开出率、综合性设计性比例要具体细化；实习实训基地建设指标包括基地数目（校内和校外）、基地规模（一次容纳学生数）；产学研合作建设指标包括产学研项目合作、申报专利、产品开发等；电子竞赛组织参加获奖情况指标包括参赛数目、参赛级别和获奖情况。

5.教学管理建设包括教风、学风、教学过程管理和教学督导等二级指标。教风指标包括师风师德和敬业精神。前者包括师德师风建设情况、治学态度、执教情况、教书育人情况和学生评价情况；后者包括遵守教学纪律情况、备课辅导作业批改情况、管理学生考勤和课堂教学气氛情况。学风指标包括学风建设情况和学习纪律情况。前者包括教学与学生管理制度健全情况、教学质量监控体与执行情况等；后者包括学生管理措施、学风考风和违纪现象。教学过程管理指标包括毕业实习、毕业论文（设计）和实践性竞赛的组织管理。教学督导指标包括双导制（高职称教师指导青年教师、教师指导学生毕业论文）建设、督导组建设、督导效果。

6.人才质量包括大学生道德修养、知识能力水平和综合能力等二级指标。道德修养指标包括学生道德素养与文化、心理素质和学生遵纪守法情况；知识能力水平指标包括学生基本理论水平情况、实践创新能力情况、毕业论文或设计质量；综合能力指标包括获得各种证书情况、大学生身体素质、就业情况、社会声誉情况等等。

四、结语

本文通过电子信息类专业人才培养目标，按照人才培养质量遵循的客观性、时代性、共识性、全面性、可操作性和层次性原则，全面构建电子信息类应用型人才培养质量标准，获得具体的一级指标、二级指标和相应细化指标，构建的质量指标标准能够为电子信息类专业建设质量评估作有益参考，同时也为建设高质量应用型人才指出了具体途径和措施。

参考文献：

[1]潘懋元.高等教育大众化的教育质量观[J].江苏高教，2000，（1）：6-9.

[2]苏宁.中国高等教育大众化时期的质量政策研究[J].2011，（3）：22-26.

[3]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2022年）[M].北京：人民出版社，2010.