樊广伟++鲁婧

【摘要】为了在教学中更直观和形象的讲解量子力学中的理论问题，本文通过改进量子力学中一维无限深势阱和势垒贯穿等基础知识的图形化教学内容，以求达到更好的教学效果。物理学是研究自然界物质运动的基本规律和物质结构的一门学科。可以说这门学科是来源于生活，又是将生活中的问题模型化的一门学科。这就决定了图形化在这门学科中的重要性。一个很好的例子就是费曼图的应用。量子力学是物理学中理论性比较强的一门课程，它是以普朗克量子理论为基础，研究微观粒子运动规律的一个物理分支，其理论框架建构在五个基本假设之上，涉及到很多抽象的基本原理和比较复杂的理论计算。

【关键词】量子力学 可视化 物理学

【中图分类号】O413.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）05-0171-01

1.一维无限深方势阱问题

无限深方势阱在一维空间的表述为[1]：

式中D0是常数，数量级接近于1。

教科书中列表给出了势垒宽度与原子尺寸量级比较的透射系数值。然而，学生对此并没有一个直观的感觉，只知道很小而已，但是随着势垒宽度变化的趋势是什么样子不清楚。为此，我们在教学过程中添加了透射系数与势垒宽度变化关系的图示，如图2所示。

图2势垒贯穿系数随势垒宽度的变化。

3.讨论与总结

我们把能级、波函数和粒子在势阱中的概率分布放在一起对比之后，学生很自然地把原子物理中所学的能级量子化和现在的量子化结论联系在了一起。甚至在教学过程中，还可以加入能级的跃迁，这样学生对知识点的理解就更轻松了。在一维势垒贯穿问题中补充了透射系数随势垒宽度变化的图示说明之后，使学生对隧道效应的认识更加直观化和形象化。经过以上的改进之后，我们发现基本上没有学生再对一维势阱和势垒问题提出过疑问，这说明了图形化在教学中可以很好地帮助学生理解量子力学的理论问题。这一结论从考查结果也可以得出，最近几届学生几乎没有学生这两个理论上失分，而且学生课后主动找任课教师交流的人数也增加了很多，这说明改进的图形教学同时也提高了学生对量子力学的学习兴趣。

参考文献：

[1]周世勋，陈灏.量子力学教程. 北京：高等教育出版社，2012：26-38.endprint