本书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果,是面向21世纪课程教材和“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材｡从教学顺序上看,本书是《新概念物理教程》中的第五本,全套书各本的编写和改革思路是一脉相承的,但根据内容的特点,本卷更加强调用普通物理课的风格讲述量子物理｡本书取材覆盖所有量子物理的各个重要方面和前沿课题,远超出传统普通物理教材中的“原子物理”部分;本书也不是“量子力学”教材,因书中只介绍量子力学的基本概念和理论框架,而不涉及量子力学中较深的数学和许多重要的计算方法｡本书只要求读者学过普通物理的光学部分､微积分和线性代数｡本书共分实验基础与基本原理,双态系统,从一维系统到凝聚态物质,原子､分子,原子核､粒子,量子力学的新进展等六章和线性代数､高斯函数与高斯积分､物理常量等三个附录｡

本书可作为高等学校物理类专业､电子信息专业的教科书或参考书,特别适合物理学基础人才培养基地选用｡对于其他理工科专业,本书也是教师备课时很好的参考书和优秀学生的辅助读物｡

前辅文
第一章 实验基础与基本原理
  § 1.热辐射与普朗克的量子假说
   1.1 一般特征与辐射场的定量描述
   1.2 基尔霍夫热辐射定律
   1.3 绝对黑体和黑体辐射
   1.4 斯特藩-玻耳兹曼定律和维恩位移定律
   1.5 维恩公式和瑞利-金斯公式
   1.6 辐射场的态密度和能均分定理
   1.7 普朗克公式与能量子假说
  § 2.光的粒子性和电子的波动性
   2.1 光电效应
   2.2 爱因斯坦的光子假说与光电效应的解释
   2.3 康普顿效应
   2.4 德布罗意波
  § 3.电子干涉实验 概率幅及其叠加
   3.1 电子的双缝干涉实验
   3.2 追踪电子
   3.3 用概率幅来描述
  § 4.海森伯不确定度关系 动力学变量算符
   4.1 海森伯不确定性原理
   4.2 动量的平均值与动量算符
   4.3 算符的本征值
   4.4 动量与位置算符的对易关系
  § 5.轨道角动量
   5.1 轨道角动量算符
   5.2 轨道角动量的对易关系
   5.3 轨道角动量的本征值与本征态的简并度
  § 6.空间操作算符 薛定谔方程
   6.1 动量与空间平移算符
   6.2 角动量与空间转动算符
   6.3 薛定谔方程
   6.4 定 态
  § 7.态矢和态矢空间
   7.1 从光子线偏振态的分解说起
   7.2 圆偏振态的分解
   7.3 态矢和态矢空间
   7.4 基矢变换
   7.5 算符的本征矢和本征值
   7.6 动力学变量的测量与平均值
   7.7 守恒量
   7.8 对易算符的共同本征态与动力学变量完全集问题
  § 8.电子的自旋
   8.1 角动量和磁矩的关系
   8.2 施特恩-格拉赫实验
   8.3 原子的磁矩
   8.4 电子自旋 泡利矩阵
  § 9.光子的角动量
   9.1 光子自旋角动量
   9.2 电偶极辐射和磁偶极辐射
   9.3 电偶极辐射光子的角动量矩阵
  § 10.光子的发射与吸收
   10.1 爱因斯坦的受激辐射理论
   10.2 光子的产生算符和消灭算符
  § 11.量子力学基本原理小结
   11.1 基本概念
   11.2 基本公设
  本章提要
  思考题
  习题
第二章 双态系统
  § 1.等价双态系统
   1.1 能级离散系统中薛定谔方程的矩阵形式
   1.2 氨分子概率幅的振荡与能级的分裂
   1.3 苯分子的“共振能”
   1.4 染料分子的共轭双键
   1.5 氢分子离子
  § 2.量子共振
   2.1 问题的提出
   2.2 拉比严格解
   2.3 共振与失谐
   2.4 弱场近似
   2.5 考虑衰减时的情形
  § 3.受激发射理论中的爱因斯坦 A､B 系数
   3.1 问题的提出
   3.2 外场对原子系统的微扰
   3.3 爱因斯坦 A､B 系数
  § 4 氨分子微波激射
   4.1 静电场中的氨分子
   4.2 微波场中的氨分子
   4.3 氨分子频标
  § 5.拉莫尔进动与磁共振
   5.1 拉莫尔进动的经典模型
   5.2 布洛赫方程
   5.3 拉莫尔进动的量子描述
   5.4 核磁共振的量子描述
   5.5 核磁共振的应用
  § 6.氢原子基态的超精细分裂
   6.1 两个自旋1 /2 粒子态矢空间的直积
   6.2 总自旋角动量算符的本征态
   6.3 氢原子基态的超精细结构
   6.4 超精细塞曼分裂
   6.5 氢原子激射器
   6.6 量子频标综述
  本章提要
  思考题
  习题
第三章 从一维系统到凝聚态物质
  § 1.散射态
   1.1 直角势垒和直角势阱的散射态
   1.2 量子隧穿效应的实例
  § 2.束缚态
   2.1 束缚态能级的量子化
   2.2 直角势阱
   2.3 量子围栏 ——— 实现波函数的测量
   2.4 谐振子
  § 3.一维晶格中的电子
   3.1 能 带
   3.2 电子在有缺陷晶格上的散射
   3.3 电子被晶格的不完整性俘陷
  § 4.半导体
   4.1 导体､绝缘体和半导体的区别
   4.2 内禀半导体中载流子的统计分布和浓度
   4.3 掺 杂
   4.4 电子和空穴的有效质量
   4.5 非平衡载流子的扩散与复合
   4.6 PN 结及其整流作用
   4.7 晶体管
  § 5.声 子
   5.1 一维晶格中纵波的简正表示
   5.2 格波的量子化
   5.3 晶格的热导
   5.4 金属的电导
   5.5 元激发的概念
  § 6.超导电现象和唯象理论
   6.1 零电阻 临界温度
   6.2 临界电流密度和临界磁场
   6.3 迈斯纳效应与磁通量子化
   6.4 二流体模型
   6.5 伦敦方程
   6.6 唯象理论对超导现象的解释
   6.7 用磁矢势表示伦敦方程
  § 7.超导微观理论
   7.1 同位素效应
   7.2 电声子相互作用
   7.3 库珀对
   7.4 BCS 理论
  § 8.磁场中的带电粒子
   8.1 磁场中的动量算符
   8.2 磁场中波函数的相因子
   8.3 AB 效应
   8.4 对超导体磁性能的微观理论解释
   8.5 AB 效应和磁通量子化的实验验证
  § 9.超导隧穿与量子干涉效应
   9.1 约瑟夫森效应
   9.2 约瑟夫森结电路的力学类比
   9.3 超导量子干涉器件
   9.4 介观物理概念简介
  本章提要
  思考题
  习题
第四章 原子 分子
  § 1.前量子论时代的原子
   1.1 化学家的原子
   1.2 原子光谱及其规律
   1.3 电子的发现
   1.4 布丁模型和有核模型
   1.5 原子结构经典理论的困难
   1.6 玻尔理论
  § 2.类氢离子
   2.1 能级与量子态
   2.2 隆格-楞茨矢量与 l 简并性
   2.3 波函数
   2.4 波函数的实数表示
  § 3.原子的壳层结构与周期表
   3.1 原子实的屏蔽作用与 l 简并的解除
   3.2 L 壳层与 M 壳层的电子组态
   3.3 所有元素单电子态填充次序和电子组态
   3.4 自旋对单电子态填充的影响
   3.5 元素周期表
  § 4.能级的精细结构
   4.1 自旋与相对论效应对原子能级的影响
   4.2 原子态符号
   4.3 氢原子能级的精细结构
   4.4 兰姆移位
   4.5 碱金属原子能级的精细结构
   4.6 多价原子能级的精细结构
   4.7 LS 耦合制式
   4.8 泡利原理对同科电子组态的影响
   4.9 洪德定则
   4.10 jj 耦合制式
  § 5.原子光谱
   5.1 辐射跃迁的选择定则
   5.2 单电子光谱
   5.3 多电子光谱
   5.4 内层电子跃迁与 X 射线光谱
  § 6.原子的磁矩与塞曼效应
   6.1 单电子的朗德 g 因子
   6.2 LS 耦合制式的朗德 g 因子
   6.3 jj 耦合制式的朗德 g 因子
   6.4 在磁场中原子能级的分裂
   6.5 正常塞曼效应
   6.6 反常塞曼效应
  § 7.共价键(一)——— 分子轨函法
   7.1 H2+ 离子
   7.2 分子轨函
   7.3 分子轨函的形成
   7.4 分子轨函的分类
   7.5 分子轨函的能级顺序
  § 8.共价键(二)——— 电子配对法
   8.1 H2 分子
   8.2 电子配对法
   8.3 应用实例
   8.4 共价键结合能的数量级
   8.5 分子轨函法与电子配对法的比较
  § 9.轨函杂化与分子的立体构型
   9.1 轨函杂化
   9.2 sp 杂化
   9.3 sp2 杂化
   9.4 sp3 杂化
   9.5 不等性杂化
  § 10.分子能级与分子光谱
   10.1 分子能级
   10.2 分子的振动能级
   10.3 分子的转动能级
   10.4 振动转动谱带
  本章提要
  思考题
  习题
第五章 原子核 粒子
  § 1.原子核的组成和基本性质
   1.1 核素的电荷数和质量数
   1.2 质子和中子的发现
   1.3 原子核的组成
   1.4 原子核的形状和大小
   1.5 原子核的质量和结合能
   1.6 原子核的自旋､磁矩和原子能级的超精细分裂
  § 2.天然核素的放射性衰变
   2.1 天然放射性的发现
   2.2 衰变定律 半衰期 平均寿命
   2.3 三种射线
   2.4 α 衰变
   2.5 β 衰变 中微子假说
   2.6 γ 衰变 内转换 穆斯堡尔效应
   2.7 放射系
   2.8 核素分布图
   2.9 放射性的应用
  § 3.核反应
   3.1 人工核反应与人工放射性
   3.2 反应能 阈能
   3.3 反应截面
   3.4 核反应机制
  § 4.裂 变
   4.1 核裂变反应的发现
   4.2 核裂变反应的特点
   4.3 链式裂变反应和反应堆
   4.4 原子弹
  § 5.聚 变
   5.1 核聚变反应
   5.2 太阳的能源
   5.3 氢 弹
   5.4 受控热核聚变
  § 6.核 力
   6.1 核力的主要特征
   6.2 核力的介子交换理论
  § 7.核结构模型
   7.1 液滴模型
   7.2 费米气体模型
   7.3 壳层模型
   7.4 集体模型
  § 8.粒子物理学的诞生
   8.1 早年观点
   8.2 狄拉克方程
   8.3 反粒子
   8.4 中微子
   8.5 μ 子与 π 介子
   8.6 四种相互作用
   8.7 粒子的分类
   8.8 守恒量
  § 9.轻子与弱相互作用
   9.1 三代轻子
   9.2 宇称不守恒
   9.3 CP 守恒与 CP 破坏
   9.4 中间玻色子与弱电统一
  § 10.强子与强相互作用
   10.1 奇异粒子和奇异数
   10.2 共振粒子
   10.3 强子结构初探 ——— 八重态和十重态
   10.4 夸克模型
   10.5 粲夸克 底夸克和顶夸克
   10.6 色相互作用的特征
   10.7 夸克层次的粒子分类和粒子物理的标准模型
  本章提要
  思考题
  习题
第六章 量子力学的新进展
  § 1.波粒二象性的本质 ——— 量子态的交缠
   1.1 量子态的直积与交缠
   1.2 薛定谔猫态
   1.3 哪条路检测器退相干作用原理
  § 2.EPR 佯谬和量子交缠态的非定域性 386
   2.1 爱因斯坦与玻尔之争
   2.2 EPR 佯谬
   2.3 局域隐变量和贝尔不等式
   2.4 贝尔不等式的实验检验
   2.5 没有不等式的贝尔定理 ———GHZ 三粒子交缠态
  § 3.量子超空间传态
   3.1 贝尔算符与贝尔态基
   3.2 光子贝尔态的实现
   3.3 光子贝尔态的测量
   3.4 量子超空间传态的原理与实现
   3.5 量子态不可克隆定理
  § 4.量子计算
   4.1 量子计算与经典计算的不同
   4.2 Shor 算法
附录 A 线性代数
  § 1.矢量空间
   1.1 n 维矢量
   1.2 矢量的基本运算
   1.3 矢量的线性相关性
   1.4 n 维矢量空间
   1.5 矢量空间的基
  § 2.矩阵与线性变换
   2.1 矩阵及其运算法则
   2.2 方阵的运算
   2.3 线性变换及其矩阵表示
   2.4 幺正变换
  § 3.本征值问题
   3.1 算符及其矩阵表示
   3.2 本征值与本征矢
   3.3 对易算符的共同本征矢
  § 4.升降算符
   4.1 升降算符的基本性质
   4.2 产生算符和消灭算符
  § 5.角动量矩阵
   5.1 对易关系
   5.2 角动量分量的本征值
   5.3 角动量平方的本征值
   5.4 角动量的合成
  习题
附录 B 高斯函数与高斯积分
  1.高斯函数
  2.高斯积分
  3.高斯函数的傅里叶变换
附录 C 物理常量 单位换算与数据
  1.基本物理常量
  2.能量单位换算
  3.同位素数据选表
习题答案
索引

面向21世纪课程教材

十二五规划，面向21世纪教材，十一五规划，2008年度普通高等教育精品教材