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中国为什么还不把量子力学写进教科书?

zhao_admin11个月前 (06-19)数学课件75

答:量子力学,在高中义务制教育中是有的,但是并不作为重点。

比如下面这套中学教材,第三册第二十一章:

就提到了量子力学,不过知识点都是些基本概念,在应试考试中,考察点最多的就是光电效应,除此之外,基本都不做要求,相当于选修。

在大学本科阶段,一般理工类专业的物理课程,量子力学涉及的知识点稍微多了一些,会加入原子能级,不确定性原理,波粒二象性,黑体辐射等等概念。

比如上面这套,同济大学出版社出版的《大学物理学》,其中第五章讲的就是量子力学。

无论是高中教程,还是本科科学,课堂中对量子力学的求要是很低的,起的作用基本就是,让大多数人有量子力学这么一个概念而已。

如果要想深入学习量子力学知识,还得靠自己,如果说量子力学全部是“100”,那么一般理工类专业只要求了“2”,反正就是极少的一部分,这部分知识,连量子力学入门都算不上,就是让大多数人有一个概念而已。

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我难道读了一个假学历?

中国的教科书里早就写了量子力学了,虽然量子力学研究了很多前沿性的领域,但量子力学是现代科学的基石之一,怎么可能不学?

量子力学最经典的头脑实验是黑体辐射,简单描述就是,黑体在辐射的时候,光的波长曲线只和温度有关,和材质无关。当然,这是个理想实验,生活中并没有如此完美的黑体,但是如何解释这个问题却成了大难题。普朗克的量子理论可以比较好地对这一现象进行解释,由此也开创了量子力学。

诚然,黑体辐射这些概念对于高中生来说还是有些难以理解,最多就是引入了 E = hν这样的公式,在考试的时候可以用一用。

但是量子力学的内容远不止这些。

高中的化学教材,很大的一部分篇幅都在介绍元素周期律。我们都知道门捷列夫根据元素周期律画出了元素周期表,但如果我们去看一看19世纪的各种元素周期表,和现在的表是有很大区别的。比如说,门捷列夫时代的科学家们都认为,元素是随着原子量增加,每隔七个(发现惰性气体元素之后是八个)之后就会回归一次。然而这个模型其实非常粗浅,元素并不总是连续八个形成一组,在锂钠之间,钠钾之间,相差都是八,可是钾铷,铷铯之间,相差的数字就都是十八了。现在我们当然都知道是因为第四、第五周期有过渡元素,才会出现这一现象,但当时人们只能猜想,这十八个元素是不是可以分为两排呢?不过也不对,两排的话还多两个。结果,我们熟悉的18列元素周期表,此前对于每一族的划分是什么呢?先是IA和IIA,然后接着是IIIB到VIIIB,也就是副族元素3-8,第八副族挤了三列元素。再然后,是IB和IIB,接着的是IIIA到VIIA以及最后的0族,这实际上就是早期元素周期律遗留下来的问题。后来,IUPAC实在看不下去了,于是目前通用的元素周期表就是从第一列到第十八列,就是第一到第十八族。

(元素周期表对各族的命名,1-18的数字是如今的方式,而蓝色的罗马数字是此前的方式。图片来源见水印)

讲这个是什么意思呢?

其实,我们之所以能够确定第四周期的元素共有十八个,而不是由两个周期拼凑起来,一个周期十个,另一个周期八个这样,依靠的就是量子力学。量子力学回答了元素究竟是按照什么规律排列的问题,并建立了主量子数等四个参数,这才基本梳理清楚了内部关系。

所以,量子力学到底有没有写入我们的教科书呢?

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