量子計算基本原理精選(九篇)

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第1篇：量子計算基本原理范文

本書將從物理、技術和設備操作方面對使用硅及相關合金制備的光子器件進行概述，包括以下內容：1硅光子學概述，從介紹VLSI的發展過程以及存在的問題出發引出本書將要講述的內容；2硅的基本性能，介紹了硅能帶結構、狀態密度函數和雜質，并講述了硅基異質結和異質結構的性質；3量子結構，對量子阱、量子線和點、超晶格、Si基量子結構進行了講述；4光學過程，主要講述了半導體中相關光學過程基本理論，包括光學常數、基本概念以及光吸收、發射等理論；5量子結構中的光學過程，主要講述量子井、量子線和量子點這些納米結構中的光學過程的基本原理；6硅光發射器，主要講述了半導體發光基本原理，以及具體半導體光發射器，并對激發光發射進行展望；7硅光調制器，主要講述了光調制相關的一些基本物理效應以及硅的電折射效應和熱光效應，介紹了光調制器一些特性以及相關的光、電結構，最后講述了高帶寬光調制器；8硅光電檢測器，介紹了光電檢測器原理以及重要性質，講述了一些具體的光電檢測器；9拉曼激光，主要講述了拉曼激光的概念、簡化理論、硅的拉曼效應，并對拉曼系數進行了介紹，最后具體講述了一種連續波拉曼激光；10導光波導言，介紹了光導的射線光理論以及反射系數，講述了集中具體的波導：平面波導模型、光導波理論、3D光波導，最后講述了波導損耗、波導與光器件的耦合；11平面波導器件原理，講述了平面波導耦合模型、直接耦合器、分布式布拉格反射鏡，并具體講述了一些平面波導器件；12用于密集波分復用系統的波導，主要講述了陣列波導光柵的結構、工作原理和特性，介紹了提高陣列波導光柵性能的方法，列舉了具體應用；13制備工藝及材料系統，主要講述了光電子器件制備的主要工藝及材料處理方法。

本書描繪了硅光子學器件的基本工作原理和結構，并深入講述了硅光子學現在發展以及展望了硅光子學未來，可以作為高等院校高年級本科生和研究生的教材和參考書，也可作為半導體光子學、光電集成、光電子器件、信息網絡系統、計算機光互連及相關技術領域的科研人員、工程技術人員的參考書。

作者M. Jamal Deen是加拿大McMaster大學的教授， IEEE Transactions on Electron Devices的編輯，Fluctuations and Noise Letters的執行編輯，加拿大皇家學會會士，加拿大工程院院士， IEEE院士， 美國物理學會會士。他目前的研究領域是：微米納米電子學、光電子學及其在生命和環境科學中的應用。

第2篇：量子計算基本原理范文

關鍵詞：量子力學；教學探索；普通高校

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）50-0212-02

一、概論

量子力學從建立伊始就得到了迅速的發展，并很快融合其他學科，發展建立了量子化學、分子生物學等眾多新興學科。曾謹言曾說過，量子力學的進一步發展，也許會對21世紀人類的物質文明有更深遠的影響[1]。

地處西部地區的貴州省，基礎教育水平相對落后。表1列出了2005年到2012年來的貴州省高考二本理科錄取分數線，從中可知：自2009年起二本線已經低于60%的及格線，并呈顯越來越低的趨勢。對于地方性新升本的普通本科學校來講，其生源質量相對較低。同時，在物理學（師范）專業大部分學生畢業后的出路主要是中學教師、事業單位一般工作人員及公務員，對量子力學的直接需求并不急切。再加上量子力學的“曲高和寡”，學生長期以來形成學之無用的觀念，學習意愿很低。在課時安排上，隨著近年教育改革的推進，提倡重視實習實踐課程、注重學生能力培養的觀念的深入，各門課程的教學時數被壓縮，量子力學課程課時從72壓縮至54學時，課時被壓縮25%。

總之，在學校生源質量逐年下降、學生學習意愿逐年降低，且課時量大幅減少的情況下，教師的教學難度進一步增大。以下本人結合從2005至10級《量子力學》的教學經驗，談一下教學方面的思考。

二、依據學生情況，合理安排教學內容

1.根據班級的基礎區別化對待，微調課程內容?？紤]到我校學生的實際情況和需要，教學難度應與重點院校學生有差別。同時，通過前一屆的教學積累經驗，對后續教學應有小的調整。在備課時，通過微調教學內容來適應學習基礎和能力不同的學生。比如，通過課堂教學及作業的反饋，了解該班學生的學習狀態，再根據班級學習狀況的不同，進行后續課程內容的微調。教學中注重量子力學基本概念、規律和物理思想的展開，降低教學內容的深度，注重面上的擴展，進行全方位拓寬、覆蓋，特別是降低困難題目在解題方面要求，幫助學生克服學習的畏難心理。

2.照顧班內大多數，適當降低數學推導難度。對于教學過程中將要碰到的數學問題，可采取提前布置作業的方法，讓學生主動去復習，再輔以教師課堂講解復習，以解決學生因為數學基礎差而造成的理解困難。同時，可以通過補充相關數學知識，細化推導過程，降低推導難度來解決。比如：在講解態和力學量的表象時[2]，要求學生提前復習線性代數中矩陣特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使學生掌握相關的數學知識，這對理解算符本征方程的本征值和本征函數起了很大的推動作用。

3.注重量子論思想的培養。量子論的出現，推動了哲學的發展，給傳統的時空觀、物質觀等帶來了巨大的沖擊，舊的世界觀在它革命性的沖擊下分崩離析，新的世界觀逐漸形成。量子力學給出了一套全新的思維模式和解決問題的方法，它的思維模式跟人們的直覺和常識格格不入，一切不再連續變化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或減少。地方高校的學生數學基礎較差，不愿意動手推導，學習興趣較低，量子力學的教學，對學生量子論思維方式的培養就顯得尤為重要。為了完成從經典理論到量子理論思維模式的轉變，概念的思維方式是基礎、是重中之重。通過教師的講解，使學生理解量子力學的思考方式，并把經典物理中機械唯物主義的絕對的觀念和量子力學中的概率的觀念相聯系起來，在生活中能夠利用量子力學的思維方式思考問題，從而達到學以致用的目的。

4.跟蹤科學前沿，隨時更新科研進展。科學是不斷向前發展的，而教材自從編好之后多年不再變化，致使本領域的最新研究成果，不能在教材中得到及時體現。而發生在眼下的事件，最新的東西才是學生感興趣的。因此，我們可以利用學生的這種心理，通過跟蹤科學前沿，及時補充量子力學進展到教學內容中的方式，來提高學習量子力學的興趣。教師利用量子力學基本原理解釋當下最具轟動性的科技新聞，提高量子力學在現實生活中出現的機會，同時引導學生利用基本原理解釋現實問題，從而培養學生理論聯系實際的能力。

三、更新教學手段，提高教學效率

1.拓展手段，量子力學可視化。早在上世紀90年代初，兩位德國人就編制完成了名為IQ的量子力學輔助教學軟件，并在此基礎上出版了《圖解量子力學》。該書采用二維網格圖形和動畫技術，形象地表述量子力學的基本內容，推動了量子力學可視化的前進。近幾年計算機運算速度的迅速提高，將計算物理學方法和動畫技術相結合，再輔以數學工具模擬，應用到量子力學教學的輔助表述上，使量子力學可視化。通過基本概念和原理形象逼真的表述，學生理解起來必將更加輕松，其理解能力也會得到提高。

2.適當引入英語詞匯。在一些漢語解釋不是特別清楚的概念上，可以引入英文的原文，使學生更清晰的理解原理所表述的含義。例如，在講解測不準關系時，初學者往往覺得它很難理解。由于這個原理和已經深入人心經典物理概念格格不入，因此初學者往往缺乏全面、正確的認識。有學生根據漢語的字面意思認為，測量了才有不確定度，不測量就不存在不確定。這時教師引入英文“Uncertainty principle”可使學生通過英文原意“不確定原理”知道，這個原理與“測量”這個動作的實施與否并沒有絕對關系，也就是說并不是測量了力學量之間才有不確定度，不測量就不存在，而是源于量子力學中物質的波粒二象性的基本原理。

3.提出問題，引導學生探究。對于學習能力較強的學生，適當引入思考題，并指導他們解決問題，從而使學生得到基本的科研訓練。比如，在講解氫原子一級斯塔克效應時，提到“通常的外電場強度比起原子內部的電場強度來說是很小的”[2]。這時引入思考題：當氫原子能級主量子數n增大時，微擾論是否還適用？在哪種情況下可以使用，精確度為多少？當確定精度要求后，微擾論在討論較高激發態時，這個n能達到多少？學生通過對問題的主動探索解決，將進一步熟悉微擾論這個近似方法的基本過程，理解這種近似方法的精神。這樣不僅可以加深學生對知識點的理解，還可以得到基本的科研訓練，從而引導學生走上科研的道路。

4.師生全面溝通，及時教學反饋。教學反饋是教學系統有效運行的關鍵環節，它對教和學雙方都具有激發新動機的作用。比如：通過課堂提問及觀察學生表情變化的方式老師能夠及時掌握學生是否理解教師所講的內容，若不清楚可以當堂糾正。由此建立起良好的師生互動，改變單純的灌輸式教學，在動態交流中建立良好的教學模式，及時調整自己的教學行為。利用好課程結束前5分鐘，進行本次課程主要內容的回顧，及時反饋總結。通過及時批改課后作業，了解整個班級相關知識及解題方法的掌握情況。依據反饋信息，對后續課程進行修訂。

通過雙方的反饋信息，教師可以根據學生學習中的反饋信息分析、判定學生學習的效果，學生也可以根據教師的反饋，分析自己的學習效率，檢測自己的學習態度、水平和效果。同時，學生學習行為活動和結果的反饋是教師自我調控和對整個教學過程進行有效調控的依據[6]。

四、結論

量子力學作為傳統的“難課”，一直是學生感到學起來很困難的課程。特別是高校大擴招的背景下，很多二本高校都面臨著招生生源質量下降、學生學習意愿不高的現狀，造成了教師教學難度進一步增大。要增強學生的學習興趣，提高教學質量，教師不僅要遵循高等教育的教學規律，不斷加強自身的學術水平，講課技能，適時調整教學內容，采取與之相對應的教學手段，還需要做好教學反饋，加強與學生的溝通交流，了解學生的真實想法，并有針對性的引入與生活、現實相關的事例，提高學生學習量子力學的興趣。

參考文獻：

[1]曾謹言.量子力學教學與創新人才培養[J].物理，2000，（29）：436.

[2]周世勛，陳灝.量子力學教程[M].高等教育出版社，2009：101.

[3]楊林.氫原子電子概率分布可視化及其性質研究[J].綏化學院學報，2009，（29）：186.

[4]常少梅.利用Mathematica研究量子力學中氫原子問題[J].科技信息，2011，（26）：012.

[5]喻力華，劉書龍，陳昌勝，項林川.氫原子電子云的三維空間可視化[J].物理通報，2011，（3）：9.

第3篇：量子計算基本原理范文

關鍵詞：量子密碼　量子通信

中圖分類號：TN91　文獻標識碼：A　文章編號：1007-3973(2011)002-059-01

量子理論誕生以來，科學家就試圖利用量子效應來實現遠距離、無時延、“絕對安全”的通信，量子通信將成為人類通信技術史上的又一次革命。

1　量子通信技術簡介

1.1　基本量子理論

量子態是指原子、中子、質子等粒子的狀態，它可表征粒子的能量、旋轉、運動、磁場以及其他的物理特性。量子理論主要包括量子糾纏和量子測不準原理，是現代物理學的核心理論。

量子糾纏指的是在量子力學中，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關系，不管它們被分開多遠，只要一個粒子發生變化，另一個粒子的狀態也會立刻發生相同的變化，這也是利用量子效應傳遞密碼的基礎。

Heisenberg量子測不準原理是量子力學的基本原理，指在同一時刻以相同精度測定量子的位置與動量是不可能的，只能精確測定兩者之一。

1.2　量子通信的原理

量子通信是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式。在量子通信系統中，信息的發送方和接收方共享兩個糾纏在一起的幾乎完全一致的成對光子。當發送方將信息賦予一個光子時，接收方的糾纏光子就會幾乎同時發生一致的變化，從而實現用不加外力的方式傳輸信息，傳輸的只是表達量子信息的“狀態”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。在這一過程中，發送和接受方需要糾纏光子的數量取決于報文的長度。

量子通信系統的基本部件包括量子態發生器、量子通道和量子測量裝置。量子通信的主要應用在于量子密碼的傳輸，與傳統通信的唯一區別在于，量子通信采用了一種新的密碼生成方式，而且密碼不可能被第三方獲取。

1.3　量子密碼技術

依據Heisenberg的量子測不準原理，通過竊聽不能得到確定的有效信息。同時，任何針對量子信號的竊聽都將不可避免的留下痕跡，從而被通信方所警覺。量子密碼技術就是利用這一原理來判斷是否有人竊取傳輸的密碼信息，從而實現密碼的絕對安全。

量子密鑰分配原理來源于光子偏振的原理。光子任意時刻的偏振方向具有隨機性，在兩個糾纏光子之間設置偏振片。當光子的偏振方向與偏振偏振片的傾斜方向的夾角很小時，光子改變偏振方向并通過偏振濾光器的概率大，否則就小。特別是當=90°，其概率為0：=45°時，其概率為0.5；=0°，其概率為1°通過公開渠道告知對方是如何旋轉的，把檢測到一個光子記為“1”，沒有檢測到記為“0”，雙方都能記錄到相同的一組二進制數列，以作為密碼。如果有人在半路監聽，同樣需要放置偏振片，就不可避免改變光子的偏振方向，使發送者和接受者記錄的數列產生差異。

2　量子通信的發展動態及應用

1926年量子力學誕生，成為人類認識微觀世界的理論基礎。1935年，愛因斯坦、波多爾基斯和羅森論證了量子力學和相對論之間的不相容性。1964年，約翰?貝爾提出了貝爾理論，闡明用實驗來檢驗超光速響應的可能性。1982年阿斯派克等人證明了超光速響應的存在。1984年，有人提出了用單光子偏振態編碼量子密碼技術方案，開始了量子密碼的研究。1989年，量子密鑰傳輸第一次演示獲得成功。1997年，奧地利蔡林格小組在室內首次完成了量子態隱形傳輸的原理性實驗驗證；2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功的將量子態隱形傳輸距離提高到600米。

我國的量子通信技術發展迅速，位居世界前列。2007年開始，中國科大-清華大學聯合研究小組開始在北京八達嶺與河北懷來之間架設長達16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現了世界上最遠距離的量子隱形傳態，這一距離是目前國際上自由空間糾纏光子分發的最遠距離，也是目前國際上沒有竊聽漏洞的量子密鑰分發的最大距離。中國科學家在自由空間量子通信方 向上的一系列工作引起了國際學術界的廣泛關注。英國的《新科學家》、美國的《今日物理》等多家學術新聞媒體均對這些工作進行了報道。下一步科學家們正在計劃通過自由空間實現幾百公里的量子通信，超越光纖傳輸的極限。

量子通信比較傳統通信技術具有明顯優勢：抗干擾能力強，不需要借助傳統信道；量子密碼幾乎不可能被破譯，保密性強；線路時延幾乎為零，傳輸速度快。

第4篇：量子計算基本原理范文

《工程光學》是我校機電與信息工程學院測控技術與儀器專業單獨開設的一門專業基礎課。該專業主要研究信息的獲取和處理，以及對相關要素進行控制的理論與技術；是電子、光學、精密機械、計算機、信息與控制技術多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科。

《工程光學》課程教學內容分為幾何光學和物理光學兩部分[1]，其教學目的是培養學生運用相關理論分析和解決測控工程中“工程光學”問題的能力。該課程在測控技術與儀器學科中有重要地位，起承上啟下的作用，是學好后續的專業課程的基礎。

2.基于特色專業的教學內容的調整

2.1工程光學的基本內容

光學可分為幾何光學、物理光學和量子光學。幾何光學是從幾個由實驗得來的基本原理出發，研究光的傳播問題的學科。物理光學是從光的波動性出發研究光在傳播過程中所發生的現象的學科，所以也稱為波動光學。量子光學是從光子的性質出發，研究光與物質相互作用的學科即為量子光學。它的基礎主要是量子力學和量子電動力學。

結合測控專業的需要，在工程光學課程主要內容幾何光學與物理光學兩部分，讓學生掌握經典光學和現代光學的基本知識。

2.2教學內容的調整

對于本科教學而言教材的選擇非常重要。我們面向的教學對象是測控技術與儀器專業，測控技術發展的趨勢是光、機、電、計算機一體化，光學在信息獲取、傳輸、處理、存儲等四個重要環節中占據越來越重要的位置，高精度的測控儀器設備都具有光學系統，且后續專業課程如“光電檢測技術”等要求學生具備堅實的光學基礎。

經過教學實踐，我深感該課程教學內容分布多，涉及面廣，概念多、數學推導復雜，講解完之后學生總覺得內容稍顯陳舊且難以理解，有點脫離實際[2]。我們對該教材的內容做了如下調整：結合測控專業特點，突出知識體系的重點和難點，在保證基礎內容的前提下，壓縮經典光學的內容，刪除與普通物理學課程重復的內容[3]，增加現代光學內容的同時結合礦業工程中的科技前沿。

2.1.1幾何光學內容的調整

在幾何光學部分，第一章中壓縮幾何光學基本定律的內容，以球面成像系統為重點。第二章理想光學系統是重點，第三章與第四章分別是結合實際對第二章的補充。刪除教材中第五章光度學和色度學基礎的部分內容，把光學量和光照度等內容結合第七章典型光學系統進行講解。第七章補充光學系統的設計，并把現代光學系統放在課程最后重點講解。把第六章與第八章整合。

2.2.2物理光學內容的調整

在物理光學部分，刪除與普通物理重疊的第九章光的電磁理論基礎，以光的干涉、光的衍射、光的偏振為教學重點，重視基本原理、定律的介紹，淡化公式推導，強調概念的物理意義及其應用。這樣使學生既掌握理論的發展，了解各物理參量的影響規律，又結合工程實際，做到理論聯系實際，學起來也相對輕松。例如光的衍射中，詳細介紹衍射理論的發展過程，淡化公式推導，強調每一種理論的近似條件，重點介紹公式中影響衍射場上光的復振幅分布的每一項的物理意義。用圓孔衍射的結論分析光學成像系統的分辨本領，由單縫衍射引申到雙縫衍射，推出多縫衍射得到光柵的衍射，如圖1所示。

圖1 光的衍射主要教學內容

2.2.3現代光學系統的補充

激光具有相干性好、方向性強、單色性好的特點，在測控技術及儀器中被廣泛采用。重點講解激光的傳播特性，準直與聚焦的方法。補充介紹激光器的結構、種類，各類激光的特點、選用原則。介紹光電監測系統的組成及原理如圖2所示[4]，以紅外測溫儀、液壓油污染顆粒光電檢測系統為例，用干涉原理開發的激光測距儀；利用光柵測量原理進行開發的用于煤礦井下頂板離層及兩幫變形的監測系統；光的偏振原理研制的光彈儀，等等。

圖2 光電監測系統原理框圖

3.教學方法和教學手段的改革

3.1編制多媒體教學課件

由于“工程光學”課程知識面廣、光路圖多、數學推導復雜[5]，如果教師僅用傳統教學方法在黑板畫光路圖，因圖形缺乏立體感，則對一些抽象的光學名詞，如漸暈光闌、入瞳與出瞳等，學生很難理解；繁瑣的公式推導常使教學過程冗長、枯燥，學生失去興趣。充分運用現代教學手段，投入了很多精力編制“工程光學”多媒體教學課件。課件重點突出、層次分明、目的明確、形象生動，使學生易于理解，強化學習效果。

3.2歸納總結與對比教學法法

在教學過程中突出重點和難點，每章結束時會對本章內容進行總結、歸納，讓學生對本章有總體把握，以便學生復習。并把本章的重點和難點以選擇題的方式呈現，與學生進行互動，促使學生對所學知識在系統歸納總結的基礎上加以理解，培養學生獨立思考和分析問題的能力。

第5篇：量子計算基本原理范文

0引言

當高功率的脈沖激光聚焦于液體中時，在聚焦區域液體分子被脈沖激光產生的強電場電離，產生電子．在這個復雜的物理過程中，有的過程會產生自由電子，有的過程會抑制自由電子的產生，其結果導致存在一個激光強度閾值，當脈沖激光光強超過液體擊穿閾值時，自由電子密度成指數速率增長；當電子達到一定濃度時就可以形成等離子體，由于等離子體具有很大的光吸收系數，使腔體進一步吸收激光能量，進而發生爆炸式膨脹，該過程便被稱為液體中的光擊穿．近年來，隨著光擊穿效應在眼科激光手術中的應用［1］，人們對液體中的光擊穿效應也越來越關注，尤其是短脈沖激光器（如飛秒激光器）的誕生，進一步激起了人們對激光與液體相互作用的研究熱情［2－5］．本文從自由電子密度速率方程出發，通過等離子體橢球模型，借助中子擴散方程，推導出液體中電子擴散速率的表達式，進而得出水的擊穿閾值，并將理論計算結果與實驗數據進行了比較和分析，結果表明等離子體橢球模型更符合實際情況．等離子體橢球模型的建立為光擊穿效應應用于眼內介質、含水介質或其他含水生物組織，以及短脈沖激光在眼科激光手術上的應用提供一些理論參考．

1等離子體密度演化的速率方程

為了確定液體中發生光擊穿的脈沖激光強度閾值，需要計算出在脈沖激光作用下的自由電子密度演化情況．用來描述等離子體中自由電子密度演化過程的速率方程為［6－7］式中dρ／（dt）m為多光子電離產生的電子；ηcascρ為雪崩電離產生的電子，ηcasc為雪崩電離速率；gρ為擴散到聚焦區域以外的電子，g為電子擴散損失率；ηrecρ2為電子的復合損失，ηrec為電子復合速率．

2等離子體橢球模型的應用

2．1等離子體橢球模型當高功率脈沖激光聚焦區域的介質被電離產生電子后，該區域與脈沖激光聚焦區域外的電子濃度出現差異，進而電子發生擴散，這種擴散對激光聚焦區域較小的液體介質的光擊穿影響很大．等離子體橢球模型：當脈沖激光束聚焦到液體中，考慮到脈沖激光在聚焦區域的特征以及液體中光擊穿的實驗情況，可將脈沖激光的聚焦區域形狀視為橢球．如圖1所示，橢球的半長軸a，與激光束的能量相關，半短軸b，與激光束照射區域相關．

2．2電子擴散速率的計算根據量子力學的基本原理，借助中子擴散方程，令等離子體橢球中電子的擴散長度Λ＝B－1g，其中Bg為橢球的“幾何曲率”，在穩態情況下，Bg是波動方程解的最小本征值．式中，s是包括外推長度在內的橢球表面．

2．3擊穿閾值為了確保雪崩電離的啟動，焦點區域Vf內至少得有10個“種子”電子，尤其是在皮秒和飛秒脈沖的情況下．由此可見，焦點區域的變化對雪崩電離的啟動也會有相應的影響．此時，電子的雪崩電離速率表達式為式中：M為液體介質的分子質量，ω為角頻率，Vf＝4／3πa2b為橢球體的體積．利用式（16），將不同的光強值Imax代入式（1）中求解，直到數值解出的最大自由電子密度ρmax等于光擊穿的臨界電子密度ρcr（2×1021cm－3）［8，12］，此時的光強值Imax就是所要求的擊穿閾值光強．

3結果與比較

利用上述公式，使用不同波長、脈寬、焦點半徑的激光脈沖，計算出水的擊穿閾值，并將計算的結果與已知的實驗數據［8－10］和其他模型進行比較，如表1所示．通過比較發現等離子體橢球模型得出的擊穿閾值更接近于實驗結果。

第6篇：量子計算基本原理范文

【關鍵詞】中學 化學教學 量子空間論

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0154-01

（小敘）：課篇第一章節細讀、研讀、探透性知識點。

1.尋找研究方法 2.課題的研究內容

3.課題研究的一些成果 4.鞏固建筑語錄

【序言】

化學是在分子、原子層次上研究物質性質、組成、結構與變化規律的科學。化學不斷地發展著，目前，人們發現和合成的物質已有幾千萬種，其中很多是自然界中原本不存在的；這極大地改善了人類的生存和發展條件，豐富了人們的生活。

例如：

1.納米銅（1nm=10?9m ）具有超塑延展性，在室溫下可拉長50多倍而不出現裂紋。

2.用隔水透氣的高分子薄膜做的鳥籠。

3.單晶硅為信息技術和新能源開發提供了基礎材料。

4.用玻璃鋼制成的船體。

總之，作為實用的、富于創造性的中心學科，化學在能源、材料、醫藥、信息、環境和生命科學等研究領域以及工農業生產中發揮著其他學科所不能替代的重要潛質作用。近年來，“綠色化學”的提出，使更多的化學生產工藝和產品向著環境友好的方向發展，化學必將使世界變得更加絢麗光彩。

【尋找研究方法】

第一單元 走進化學世界；

1.物質的變化和性質

2.化學是一門以實驗為基礎的科學

3.走進化學實驗室

第二、三單元 我們周圍的空氣與自然界的水；空氣、氧氣（氧氣的制取）、水的組成、分子和原子、水的凈化。“愛護水資源”。

第四、五單元 物質構成的奧妙、簡單統計應用；原子的構成、元素、離子、化學式與化合價 ：

如何正確書寫化學方程式”？利用化學方程式的簡單計算？

第六、七單元 C與C的氧化物燃料及其利用；

分析：金剛石、石墨和C60 （1.CO2 的制取？ 2.CO2 與CO的區別、聯系？）

應用：燃燒和滅火？燃料和熱量？

環保問題：“燃料對環境的影響”

自留田地：“石油和煤的綜合利用？”

第八、九單元 金屬與溶液的問題；

熟記、認識：金屬、金屬材料、金屬的化學性質；

金屬資源的利用和保護、溶液的形成；

溶解度、溶質的質量分數。

第十、十一、十二單元 酸與堿 、鹽與化肥 、“化學與生活”。

生活中常見的：1.酸與堿

2.酸與堿之間會發生什么反應

3.鹽

4.化學肥料

人體：1.人類重要的營養物質

2.化學元素與人體健康

3.有機合成材料

學生自認化學常用儀器。學習“附錄”相關記錄 。

【課題的研究內容】

無機化學中量子（分子、原子）力學論

量子化學（Quantum chemistry）是理論化學的一個分支學科，是應用量子力學的基礎原理和方法研究化學問題的一門基礎科學。研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能及其結構與性能之間的關系；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問題。

量子化學是理論化學的一個分支學科，是應用量子力學的基本原理和方法，研究化學問題的一門基礎科學。

1927年海特勒和倫敦用量子力學基礎原理討論氫分子結構問題，說明了兩個氫原子能夠結合成一個穩定的氫分子的原因，并且利用相當近似的計算方法，算出其結合能。由此，使人們認識到可以用量子力學原理討論分子結構問題，從而逐漸形成了量子化學這一分支學科。

【課題研究的一些成果】

生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用，甚至可以有目的地修飾酶的結構，設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧妙，進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。

【鞏固建筑語錄】

化學中常見“離子反應”包括：“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”和“離子反應及其發生的條件”兩部分。

無機化學中最關鍵的是要有實觀性：基礎高層次的“化學方程式”們。

其次，稀土元素中的各種化學量變、質變及各種物理、化學性反應。

再次，金屬的利用、及高等積存用途。

還有，就是氣體的大力層存在行式。如同：水、陸、空，人類的生活方式。

參考文獻：

[1]初中九年級化學上、下冊課本，人民出版社出版，2011年版。

第7篇：量子計算基本原理范文

[關鍵詞]船載定向天線；控制系統；子系統

中圖分類號：TN927.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）04-0258-01

一、船載定向天線控制系統的概述

1.船載定向天線控制系統的目的

船載定向天線控制系統要實現的目的就是使艦船與電臺進行連續且穩定的通訊。電臺發射的是全方位的微波信號，所以只要使船體上的微帶定向天線的指向始終對準電臺，就能達到艦船與電臺通信的目的。

2.影響因素

安裝在運動載體上的天線的指向受到兩種干擾影響：一種是運動載體的角運動；另一種是載體長距離離線運動。這兩種干擾都會使天線的指向偏離電臺，使其無法接收電臺信號。所以船載定向天線控制系統必須隔離這兩種干擾的影響，穩定天線的指向。該天線控制系統要利用姿態測量傳感器采集的運動載體航姿信息和位置信息，通過坐標變化、公式計算獲得定向天線的目標指向。使用轉臺執行機構改變天線指向位置以補償載體運動對天線指向的影響，使天線實際指向快速跟近或達到天線的目標指向，并跟隨目標指向的變化而變化，從而保證天線始終對電臺，確保通信正常。

姿態測量子系統實現運動載體航姿信息和位置信息的實時測量，為計算天線目標指向提供數據。操作平臺子系統主要完成控制系統初始化信息的輸入和系統運行狀態的顯示。主控子系統收集其它子系統信息，經過事件判斷，數據處理，計算出天線目標指向，并將天線目標指向發送給天線執行機構。轉臺控制子系統主要實現的功能是根據天線目標指向驅動步進電機帶動轉臺旋轉，使天線對準電臺：實現電機位置反饋和轉臺零位檢測。轉臺和天線固聯在一起，轉臺旋轉帶動天線旋轉。電源部分為整個系統提供穩定的工作電壓。

二、姿態測量子系統的概況

姿態測量子系統主要實現功能是完成運動載體的姿態測量。子系統由GPS、電子羅盤和傾角傳感器構成，實現載體姿態測量的功能。

要想定向天線指向電臺必須獲得電臺的位置坐標、運動載體的位置坐標和載體的航向角。GPS具有運動載體經緯度、速度、航向角輸出功能。通過GPS航向角測量原理可知，GPS在速度接近零和靜止時沒有航向角輸出。因此，要選用數字電子羅盤測量航向角，以填補GPS測量盲區，并選用兩軸傾角傳感器對電子羅盤進行角度補償。

在姿態測量子系統中，GPS測量運動載體經緯度，即載置信息。載體航向角由GPS和電子羅盤組合測量得到，在運動載體速度小于一定值時，采用電力羅盤測量航向角，速度大于一定值時，由GPS測量。由于載體運動而是電子羅盤處于非水平狀態，使其測量的航向角有誤差，采用傾角傳感器測量的縱搖角（P）和橫滾角（R）對其進行角度補償。由GPS、電子羅盤和傾角傳感器組成的姿態測量子系統，實現了船置信息和航向角的精確測量，為天線目標指向的確定提供了計算數據。

三、主控子系統分析

主控子系統使整個控制系統的核心，也是各個子系統的聯絡中心。它匯集各個子系統的信息，進行分析處理、計算、判斷，然后對各個子系統作出相應的反應。主要實現三方面的功能，具有如下：

第一，接收操作平臺子系統的指令信息，并根據指令所需的數據回饋給操作平臺。

第二，接收姿態傳感器測量的船體姿態信息，計算出天線的目標指向，并將其發送給轉臺控制子系統。

第三，根據操作平臺子系統發送命令向轉臺控制子系統發送查詢指令和控制指令。

1.主控子系統的硬件設計

主控子系統由于計算量大，存儲數據多，程序龐大，所以選用Philip51系列的P89C61X2芯片控制該系統的CPU。主控子系統的硬件設計主要由串口擴展電路、串口切換電路、RS232通信接口、RS485通信借口等組成。RS485通信接口原理和電路與操作平臺子系統完全相同。

（1）串口擴展電路

主控CPU除一個串行中段源被占用外，還有兩個外部中斷源INT0和INT1沒有使用，因此，可以利用這兩個外部中斷來擴展兩路串口。串口擴展芯片SC16C2550用于串行通信的2通道通用異步收發器，它的基本功能是實現并行數據和串行數據的轉換，可處理高達5Mbit/s的串行數據。該芯片一旦接收到總線上的數據立即輸出一個低電平脈沖信號數據接收完成。將該信號引入CPU的外部中斷輸入接口，實現擴展串口的中斷接收模式。

（2）串口切換電路

串口切換電路是為了實現主控CPU的一路串口同時與傳感器微處理器和GPS通信。基本原理是將單片機本身具有的一個串口分時復用。操作方法是：系統上電初始化時，將切換電路轉至GPS，系統接收到GPS的數據后，將切換電路轉到傳感器微處理器，去接收電子羅盤和傾角傳感器的測量數據。

（3）TTL-RS232電平轉換電路

GPS是按照RS232電平串行輸出，主控CPU的串口是TTL電平輸出。TTL邏輯0的電平為0V，邏輯1的電平為5V，而RS232的邏輯0的電平為+5―+15V，邏輯1的電平為-5―-15V。所以要實現兩者之間的串行通信，需要實現TTL與RS232之間電平的轉換?？梢圆捎肕AX232芯片來實現TTL-RS232的電平轉換。它可以轉化兩路信號，一般只會遇到其中一路。

（2）通訊協議

由主控子系統組成框圖可以看出，與主控子系統進行串行通信的有轉臺控制子系統、傳感器微處理器、操作平臺子系統和GPS。與GPS通信主要接收GPS發送的RMC數據幀。

主控子系統與轉臺控制子系統通信數據格式主要由幀頭、操作碼、數據、校驗碼和幀尾組成。通信波特率9600pbs。

四、轉臺控制子系統

轉臺控制子系統實現對天線良好的位置控制，關鍵在于執行部件的選擇、步進電機丟步和過沖現象的避免以及電機位置反饋的設計。

轉臺結構由天線轉臺、旋轉關節、減速器和密封合體等組成。轉臺通過一支架與天線相連接。轉臺零位位置安裝一個接近開關傳感器，當轉臺轉到零位，接近開關傳感器輸出高電平信號，此時天線的波束指向應與船頭方向一致。電機通過小齒輪與主軸大齒輪嚙合，單級傳動，速比7.5。光電編碼器通過聯軸節安裝于電機下端。

電機和觀點編碼器等都安裝在轉臺下方的密封盒體內，電機驅動器放置在密封盒體內右側壁上，主控和轉臺控制子系統印制板放置在密封盒體正面蓋板內側，蓋板可以拆卸，便于電氣裝置和線纜的安裝與維修。姿態測量子系統除GPS外均安裝于一密封支架上，支架固連在轉臺密封盒體外的左側壁上，通信線直接通過支架引入轉臺密封艙內。GPS模塊固定在密封艙底部，GPS天線從左側過孔引出。所有外部引線通過一個七芯航空連接器與內部連接。

參考文獻

[1] 秦愛民、閆英敏、閆建生：《捷聯式船載天線控制系統的研究與設計》[J]，《國外電子測量技術》，2011年第6期.

[2] 張佳娟、雷電：《車載衛星天線控制系統的研究與設計》[J]，《計算機工程與設計》，2007年第11期.

第8篇：量子計算基本原理范文

關鍵詞：激光測距；DSP；FFT；相位法

激光在檢測領域中的應用十分廣泛，技術含量十分豐富，對社會生產和生活的影響也十分明顯。激光測距是激光最早的應用之一，這是由于激光具有方向性強、亮度高、單色性好等許多優點。其中利用相位法來測距的方法精度高、實時性好，已經得到廣泛的應用。實現相位法的一個重要環節是FFT，當前實現FFT的算法已經成熟，在DSP上實現的FFT可以滿足大多數的實時性產品。

1 激光測距原理

激光測距一般分為激光飛行時間測距和非飛行時間測距[1]，前者的基本原理是利用光在發射點到目標物之間的反射時間乘以光速，得到的就是兩倍的測距，空氣中光速是固定的，所以測量出光的往返時間就測量出距離了。后者是不需要測量光的飛行時間，而是通過光子計數或者數學統計的方法來得到與目標物之間的距離。一般情況下，非飛行時間測距技術應用范圍比較有限，僅僅用在一些特定情況下；飛行時間測量技術應用就很廣泛，而其中的相位測距法依靠其測距距離遠，誤差低，體積小和實時性高的優點廣泛應用于日常生活中。

相位法測距的基本原理是將調制以后的激光發射出去，到目標物反射回來之后測量與發射前信號的相位差，通過相位差間接的測量出光的飛行時間，進而得到距離[2]，這種方法的誤差非常小，原理框圖如圖1所示。

圖1中，t為激光發射出去到接受回來所經歷的時間，D為發射探頭到目標物的距離，Ф為激光信號在2D距離中的相位，λ為激光信號的波長，Δψ為接受信號與發射信號之間的相位差。

設調制光幅度為A，角頻率為w，相位為ψ，那么調制光信號可以表達為

在本測距系統中，選取合適的采樣頻率fs樣點數N，能夠剛好對主振信號和本振信號進行整周期采樣，作FFT運算，其結果必定是只有單條譜線，這是就可以很方便的求出兩路信號的相位差。

3 FFT原理及實現

3.1 FFT的原理

FFT是一種DFT的高效算法，基本思想就是利用旋轉因子的周期性和對稱性來減小運算量，由此提出的一種算法稱作FFT算法。

N點DFT的計算公式為

利用旋轉因子的周期性和對稱性可將上式的一個N點DFT化為兩個N/2點的DFT

X1（k）和X2（k）分別是X（k）的偶數點N/2點DFT和奇數點N/2點DFT，于是推出后N/2點的結果為

上述過程可以用一個流程圖[4]來表示。

如圖2所示，取N=8時的例子，當N不等于2的冪的時候，可以在后面補零。因為劃分的原因，輸入需要用逆序的方式，此時輸出就是正常序，如果輸入是正常序，那么輸出就是逆序。

3.2 FFT在DSP上的實現

本系統選擇的硬件是DSP，在硬件上實現FFT，由于輸入的是實數系列，可以將2N點實數系列組合成N點復數系列，偶數點作為實部，奇數點作為虛部，由此得出的結果再經過整合就得到最終的結果，這樣做的優點是節省了一半的時間，提高了實時性。

該算法總共分四步[5]來實現。

第一步，輸入數據的組合和位倒序.

把輸入系列作位倒序是為了在整個運算最后的輸出得到的系列是正常序。首先將原2N點實序列當成N點復序列。偶數點作實部，奇數點作虛部，然后復數系列經過位倒序，存儲在指定數據緩沖區內。

第二步，N點復數FF。

在數據緩沖區里進行N點復數FFT運算。由于在FFT運算中要用到旋轉因子，它是一個復數，把它分為正弦和余弦部分，用Q15格式存儲，根據式7來計算FFT運算，沒作一次運算將結果存放在原輸入數據緩沖區里，以節省內存。

第三步，分離復數FFT的輸出為奇部分和偶部分。

分離FFT輸出為RP、RM、IP和IM四個系列，即偶實數、奇實數、偶虛數和奇虛數四個部分。

如果想看功率譜，那么就要將第四步之后得到的結果進行平方和運算，由于本次目的是要求初始相位，到第四步之后就直接取出有效數據進行運算，求得相位。

4 實驗結果及誤差

4.1 實驗結果

因為本文研究的是FFT在激光測距系統中的作用，只對采樣之后的信號作一定的處理，測試的時候模擬一個采樣好了的正弦波信號，對之作FFT運算。模擬信號頻率為1KHz，采樣率為16KHz，對信號作64點FFT運算，根據式5可以得知有效數據出現在功率譜的第4條譜線上，計算功率譜之前的第8個數據是實部，第9個數據是虛部，取出來相除再作反正切。由于用的是正弦波，FFT中的相位是按照余弦來得的，按照這個求得的結果需要加上90°才是正確的結果，下面是測試數據。

4.2 誤差來源及改進

⑴首先FFT自身就有數據截斷和舍入誤差，FFT的運算過程中有許多小數計算，DSP是采用定點來計算的，這中間就會有一定的誤差，如果采用浮點型器件，誤差會小很多，但是同時造成成本上的上升，考慮到這項誤差對結果影響不大，可以忽略。

⑵FFT固有的頻譜泄露和柵欄效應誤差[6]，改善的辦法就是選取合適的窗函數，適當的增加采樣點數并且保證整周期截取。

⑶前端信號所帶來的噪聲，由于本系統前端信號要經過混頻，相加，采樣之后才送到DSP里作FFT運算，這中間必然會帶來一些噪聲，更重要的是會造成信號的相位延時，由于FFT運算本來就對噪聲有一定的抑制，所以主要是相位延時。由于要作的是兩路信號的相位差，所以如果兩路信號的延時效果相差不大，作差運算之后就會抵消這種誤差，但是要求就是電路板布線的時候盡量將兩路信號線布成一樣長，這樣會大大減少誤差。

5 結語

文章介紹了FFT在測距系統中的作用，實現原理以及方法，在已有的高精度結果中進一步分析，給出誤差來源以及減小誤差的方法。由于本系統中DSP的低功耗，非常適合應用于便攜式激光測距儀，具有很好的應用前景。

[參考文獻]

[1]陳千頌，趙大龍，楊成偉，等.自觸發脈沖飛行時間激光測距技術研究[J].中國激光，2004，31（6）：745-749.

[2]汪濤.相位激光測距技術的研究[J].激光與紅外，2007，37（1）：29-32.

[3]謝蕾，李季，陳結祥，等.基于FFT的激光測距數字相位計的實現[J].量子電力學報，2003，20（1）：85-90.

[4]John G.Proakis，Dimitris G.Manolakis. Digital Signal Processing Principles，Algorithms，and Applications[M].北京：電子工業出版社，2007，409-411.

第9篇：量子計算基本原理范文

關鍵詞：材料科學；結構化學；教學內容

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）18-0032-02

湘潭大學目前除了化學專業、應用化學專業開設結構化學之外，材料物理、材料化學、材料科學與工程這3個材料科學類的專業也開設結構化學課程，5個專業使用的教材均為周公度、段連運先生編著，北京大學出版社出版的結構化學基礎（第4版）一書。根據近幾年來材料科學類結構化學的教學實踐情況，考慮到材料科學學科與化學學科之間的差異，根據材料科學與工程教學指導委員會制訂的高等學校材料物理、材料化學專業規范，優化適合于材料科學類3個專業的結構化學課程的教學內容實有必要。

一、結構化學的內容和課程的任務

結構化學是研究原子在空間相互結合成分子或化學實體的方式（結構）、依據（化學鍵本質）、規律及結構與性能間的聯系，它是聯系材料宏觀與微觀的橋梁，是材料設計的基礎。結構化學以在分子水平上研究自然科學問題為其主要目標與特征，這決定了它不僅是研究化學反應機制、化學的內在規律性、各類化學體系立體構型、鍵型及構效關系的指南，而且已成為材料科學、分子生物學、金屬有機化學等新興、邊緣或綜合學科發展的支柱。結構化學不僅與化學各分支學科，而且與材料科學、物理學、地學、生命科學、冶金學等學科有廣泛的橫向聯系與交叉。結構化學的另一個重要內容就是與合成化學、理論化學以及材料科學、生命科學、固體物理等相鄰學科一起，建立分子工程學、晶體工程學等學科。

結構化學課程是材料科學類的一門基礎課，其任務是使學生深刻掌握微觀物質運動的基本規律，獲得原子、分子和晶體結構的基本理論、基礎知識，深入掌握物質結構和性能的相互關系，牢固樹立結構決定性能的觀點，了解研究分子和晶體結構的近代物理方法。通過這門課程的學習，培養學生的創新精神和實踐能力，進一步培養學生從結構的觀點分析問題和解決問題的能力。結構化學的教學對于鍛煉學生思維、開發學生智力、發展學生能力、提高學生綜合素質有著極其重要的作用。凡具有較好理論基礎的大學畢業生，適應能力強，后勁足，結構化學的教學起著十分重要的作用。

二、材料科學的特征

材料科學與工程正在發生深刻的變化，其研究已深入到原子尺度，突出特征表現在3個方面。第一，材料科學技術化，材料技術科學化，材料科學與工程技術日益融合，相互促進；第二，新材料、新技術、新工藝相互結合，為各個工程領域開拓了新的研究內容，帶來了新的生命力和發展前景；最后，學科之間的相互交叉滲透，使得各學科之間的關系日益密切，難以分割。基礎科學與現代技術的新成果也和材料科學與工程的發展交織在一起。

從教材角度看材料科學，具有3個特征：基礎性、前沿性和應用性。基礎性，一方面指材料科學的研究是建立在物理、化學的基礎上，沒有扎實的理化基礎從事材料研究與開發是難以想象的。另一方面，當前材料科學研究顯示出突出的交叉性和綜合性，學科內容及規模不僅體系龐大而且紛繁蕪雜，沒有扎實的基礎就難以抓住要害，不能適應學科的變化和發展，這就要求教材毫不含糊地重視基礎。前沿性是指材料科學的發展速度迅猛，只有在教材中恰當地反映這些變化，才能使學生適應日后的研究工作。應用性是指材料研究的目的而言，是為了實際應用。當今材料研究從實驗室到工業化的時間大大縮短，材料研究與開發已成為高科技的重要組成部分，要求在教材中有意識地體現這一特征。

三、結構化學課程教學的主要內容與基本要求

根據結構化學的研究內容和材料科學學科的特征，材料科學類的結構化學課程不僅要兼顧物理系的材料物理和化學系的材料化學2個專業，包含適當的量子力學基礎、固體理論和表面結構化學，還要適當地介紹一些的功能材料，不能“有理無物”，而且既要與材料物理課程和材料化學課程緊密地相聯系，又要區別開來，既要與計算物理課程和計算化學課程相聯系，又要區別開來，突出材料結構與性能的關系，簡要介紹分子設計學。遵循加強基礎、強化能力、整體優化、精選內容、更新知識、突出應用、反映前沿及簡明扼要的原則，進行教材編寫。

在內容的選取上，首先把握更新與精選，處理好“新”與“基”的關系。在加強基本教學內容的前提下適當反映新內容，拓寬知識面，體現“少而精”、“精而新”的原則。不僅要反映現代科學的發展趨勢和學科的前沿理論，而且應注重結構化學課程對其他課程和學科的滲透，提高綜合度。其次充分重視理論聯系實際。在不同部分側重點不同，力求加強宏觀與微觀的聯系，掌握規律。第三，注意演繹法和歸納法2種方法的應用。RHoffmann曾說：“化學理論的最主要作用是提供一種思維方式，以總結更新知識”。結構化學作為理論化學的重要組成部分，要求該課程使學生在2種思維模式即演繹法和歸納法方面均得到較好的訓練。中國傳統教學偏重演繹，優點是嚴謹，但缺乏創新意識，而美國等國家在教學上側重歸納，優點是獨立思考和創造能力強，缺點是基礎不夠扎實。因此，我們力求將2種思維模式在各個章節都有所體現，期望學生受到全面的訓練。第四，充分注意習題的作用。習題是鍛煉思維的體操，是學習過程中的重要一環，做習題不僅是理解、掌握知識，而且是學會如何運用知識。雖然做習題本身不是科學研究，但對研究能力的養成有重要作用。許多科學大師都曾津津樂道于他們早年在習題中的受益。A Sommerfeld曾寫信給他的學生W Heisenberg，告誡他：要勤奮地去做練習，只有這樣，你才會發現，哪些你理解了，哪些你還沒有理解。楊振寧也曾回憶他的大學學習：西南聯大教學風氣是非常認真的，我們那時念的課，一般老師準備得很好，學生習題做得很多。的確，“勤奮地去做練習”，“習題做得很多”，往往是達到成功的一個階梯。因此例題習題選編的恰當與否直接影響教學效果，這在內容多、學時少、提倡自學的當今時代顯得尤為重要，對于結構化學課程而言更是如此。習題不能全部簡單化，我們編寫了一定數量的綜合訓練題。最后，注意課外讀物的作用。課外讀物有利于拓寬學生的知識面，培養學生的自學能力。閱讀原始研究論文能夠培養學生良好的思維能力和思考問題的方法，提高他們分析問題和解決問題的能力。在結構化學中，每一個基本原理或理論大都對應一位科學大師，學習他們的研究方法及寫作技巧，對學生將來從事科研等工作十分有益。

因此，材料科學類的結構化學課程教學內容應包括下列6部分內容，各部分的基本要求如下：

1.量子力學基礎和原子結構。這部分內容在第1、2章中講授。要求了解量子力學的基本假設，掌握氫原子和類氫離子的薛定諤方程及求解要點，提高對原子結構的認識，深入理解原子軌道的意義、性質和空間圖象。了解多電子原子的自恰場方法及中心力場近似法，了解核外電子布居的依據，了解角動量的偶合及原子光譜項的意義。

2.化學鍵理論和分子結構。這部分內容主要在第3、5、6、10章中講授。要求重點掌握化學鍵的三個基本理論：分子軌道理論、價鍵理論和配位場理論。其中第3章要求了解線性變分法處理H2+和H2，了解共價鍵本質及典型的雙原子分子的電子排布。第5章要求掌握價鍵理論在多原子分子結構中的應用，掌握s-p雜化軌道的造法及鍵角公式。要求掌握HMO方法及其在共軛分子中的應用，掌握前線軌道理論和能量相關圖及其應用。第6章要求掌握配位場理論在配位化合物結構中的應用，π-σ配鍵化合物和過度金屬簇合物的電子結構或成鍵特征與性能。了解分子光譜、電子能譜原理。掌握現代化學鍵理論在討論非金屬化合物成鍵特征及結構與性能關系方面的應用。

3.點陣理論和晶體結構。這部分內容主要在第4、7、8、9章中講授。要求根據分子的幾何構型確定分子所屬的點群，初步了解群的表示和特征表的意義。了解偶極矩、旋光性與分子結構的關系。要求著重了解X射線衍射等方法所依據的基本原理，以及在測定結構中的作用和應用范圍，為了解與掌握現代化學中的重要實驗方法打下初步的理論基礎。掌握描述晶體結構的表達方法，掌握金屬、離子化合物的晶體結構與性能。了解用結構化學理論研究固體表面的結構和性能的方法。

4.功能材料結構與性能。這部分內容在11章中講授。初步了解幾類重要的功能材料，加深理解結構決定性能的觀點，初步了解功能材料結構與性能的關系。

5.分子設計基礎。這部分內容在12章中講授。初步了解分子設計的基本原理及其應用。