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量子力学基础与固体物理学

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作者:黄向东
定价:39.80
印次:1-1
ISBN:9787302460855
出版日期:2017.05.01
印刷日期:2017.05.11

本书编写的主要目的是为强化材料学科本科生的物理基础,加强对微观物质认识的理论和处理问题的方式与方法,为学生进一步深入学习和研究材料科学打下坚实基础。本书分为两篇11章。上篇7章为量子力学部分,从第1章对量子理论发展史的回顾引出量子概念,到第7章近似法求解薛定谔方程,给出物理理论处理问题的基本思路,基本涵盖了量子力学中最基本的概念、处理问题的方式和典型问题的解法等; 下篇4章为固体物理学部分,包括固体结构、晶格振动与晶体的热学性质、固体的结合、固体电子论,基本涵盖的固体物理学最基本的内容,重点在晶格振动和固体电子论两部分。 本书可以作为相关专业本科生、研究生学习量子力学和固体物理的入门教材和参考书。

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前言 本书是编者根据在福州大学材料科学与工程学院多年讲授“量子力学基础与固体物理学”这门课程的讲义基础上扩展编著而成。2005年福州大学材料学院为了加深学生的物理基础,提出要开设固体物理学这门课程,讨论中编者提出固体物理学课程的先修课程要有量子力学,不然学生很难理解有关概念和处理问题的方法。既然有了这个问题,后来的讨论就倾向于把量子力学的内容也加进来,于是福州大学材料学院开设了这门“量子力学基础与固体物理学”本科课程。全世界的高等学校都是把两部分作为两门课程分别开设的,但在福州大学材料学院由于学时限制,不可能作为两门课程来开设。2007年春,这门课程作为选修课开始给2004级本科生开设,后来又变成必修课,再后来作为非高分子方向的必选课程。 材料是人类技术进步甚至是人类文明进化的标志。比如用石器时代、青铜器时代和铁器时代来表达人类文明史的不同阶段; 近现代,从19世纪中叶到目前,人类又经历了从钢铁时代向以硅芯片为代表的电子时代的过渡。与此同时材料也是人类生存和发展的重要物质基础。 从材料的传统分类,有金属材料、陶瓷材料、玻璃、水泥、高分子材料、复合材料,而从使用特点分类有结构材料和功能材料,当今又有所谓环境材料、纳米材料等不一而足。材料分类与品种非常复杂,五花八门。 然而不论材料的分类与品种多么繁多复杂,所有材料都是由不同的原子组成的,而原子又是由不同数量的质子和中子形成的原子核与核外若干电子构成的,也就是说,所有材料的组成基础都是电子、中子、质子等基本粒子。描述这些基本粒子运动规律的理论就是量子力学,因此量子论的一些基本概念和研究方法也可以说是材料科学的基础。要想深刻认识和理解材料的有关性质和属性,就必须对组成材料的微观粒子的运动行为和规律有准确的了解和认识,这只能通过量子力学来实现。量子力学作为一种基本理论,内容深刻,内容覆盖也较多,本课程量子力学基础部分只占一半学时,着重讲授量子的概念、波粒二象性、波函数、薛定谔方程、一维定态问题、力学量算符、展开假定、中心力场、氢原子、微扰理论等基础内容,为进一步深入学习量子力学和其他如固体物理等课程打下基础。但作为教材出版,为了使量子力学的基础理论在本教材中显得更“完整”一点,量子力学的表象理论也作为一章加以介绍,以作为有兴趣的读者的扩展读物,但不作为课堂内容讲授。 固体物理学是研究固体材料最基本规律的学科,是在量子论基础上描述原子规则排列形成晶体后体现出的一些基本规律的科学,是系统理解材料结构与性能相互关系的基础,是材料科学与工程专业最应该学透的基础学科。同样由于学时限制,本课程中也只讲授最基本的内容。主要有晶体结构、晶体的结合、晶格振动、能带理论基础等内容,为学生进一步深入学习固体物理课程和其他材料有关学科打下良好的理论基础。 本教材量子力学部分大部分参考了姚玉洁老师的结构体系,固体物理学部分主要参考了黄昆老师最早的教材。在此编者向两位前贤表达崇高的敬意。

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  • 将量子力学与固体物理学放在一起的教科书。探幽入微之路,将微观与宏观结合,了解量子论的入门基础,了解固体性能的微观基础,提供进一步学习、研究材料科学的理论基础。

  • 将量子力学与固体物理学放在一起的教科书。探幽入微之路,将微观与宏观结合,了解量子论的入门基础,了解固体性能的微观基础,提供进一步学习、研究材料科学的理论基础。

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  • 目录

    上篇量子力学基础

    第1章量子理论发展史的简单回顾

    1.1量子力学诞生的背景

    1.1.1“科学世纪”的辉煌

    1.1.2世纪末的挑战

    1.2黑体辐射和普朗克能量子假说

    1.3光电效应和爱因斯坦光量子假说

    1.4原子结构与玻尔的量子论

    1.5实物粒子的波动粒子二象性

    习题

    第2章波函数和薛定谔方程

    2.1德布罗意波的统计解释

    2.2状态及状态的描述

    2.3薛定谔方程

    2.4概率流密度与粒子数守恒定律

    习题

    第3章定态薛定谔方程及一维定态问题

    3.1定态薛定谔方程

    3.1.1定态薛定谔方程的建立

    3.1.2定态的特点和实现定态的条件

    3.2梯形位

    3.2.1方程的解

    3.2.2物理讨论

    3.3一维势垒——隧道效应

    3.3.1问题的提法

    3.3.2定量描述

    3.3.3隧道效应(势垒贯穿)

    3.4一维无限深势阱

    3.5线性谐振子

    3.5.1问题的提出

    3.5.2定量求解

    3.5.3物理讨论

    3.6定态薛定谔方程的定性讨论

    3.6.1定态薛定谔方程的定性讨论

    3.6.2束缚态与非束缚态

    3.6.3一维运动波函数的特点

    3.6.4束缚态能量取值特征

    3.6.5三维定态问题和一维定态问题的关系

    习题

    第4章量子力学中的力学量

    4.1力学量和线性厄米算符

    4.2力学量取确定值的态

    4.2.1坐标算符

    4.2.2动量算符

    4....

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