量子力学存在的问题范例(3篇)

量子力学存在的问题范文

关键词：问题解决;算法推理;概念推理

文章编号：1008-0546（2014）12-0009-03中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.004

学生解决化学问题中的推理方式一般有两种：算法推理和概念推理。某些学生偏向于运用算法推理，某些学生偏向于运用概念推理。多数学生所运用的算法推理是通过记忆和执行一系列程序或计算式来解决问题。概念推理则是在深刻理解与所解决问题相关的核心概念的基础上，通过逻辑推理来解决问题的。事实上，结构良好的算法推理程序也是建立在对科学概念的深刻理解的基础之上的[1]。

例如，定量地分析溶液组成、浓度和化学反应的质量和能量变化的问题。运用算法推理解答，步骤规则清晰、明确，有章可循，易于模仿。然而初学时由于较为抽象，理解困难，需要通过反复练习才能独立地运用。运用概念推理方式，易于理解，但是，没有固定的程序、步骤，推理方法灵活，对思维能力要求较高。例如，下列问题的解决。

例1溶质质量分数36.5%的浓盐酸，密度是1.19g・mL-1。

①多少升HCl（标况）通入1.00L水中，才能得到上述浓盐酸？

②求该盐酸的物质的量浓度。

习题要求用一定体积的气体溶质和已知体积的溶剂来配制一定质量分数的溶液。涉及有关一定质量分数溶液的配制计算，配制摩尔溶液的计算，气体物质的质量、在标况下的体积和物质的量的换算。运用这些计算规则的计算式，通过推理计算，可以解答问题，例如：

也可以利用这些计算式，推演、组合成总的计算式，代入数据，即可解答问题：

依题意，设用VLHCl（标况）通入1.00L水中，能得到题设浓盐酸，依下式即可求出所需要的HCl体积V（标况下）：

×100%=36.5%

如果运用概念推理的方式解答，从试题的情景出发，第1小题的解答，可以先运用溶液的溶质质量分数的概念，通过类比（见下图），可以求得习题所求的氯化氢的质量。再运用物质的量、摩尔单位和气体摩尔体积的概念，把氯化氢的质量换算成标况下的体积。

第2小题的解答，只要从物质的量浓度概念的出发，求得1L36.5%浓盐酸（密度1.19g・mL-1）中所含有的氯化氢的物质的量。

运用算法推理解决问题，需要帮助学生深刻理解相关的核心概念的基础上，形成一系列具有良好结构的规则和程序。如果只靠机械地记忆一系列解决问题的程序来解决问题，知其然而不知其所以然，即使解决了问题，也无助于学生对化学概念和相应的解决问题规则和程序的理解，不能帮助学生提高思维能力和思维品质。例如，运用离子方程式解决有关电解质在溶液中反应的问题就是一例。

化学过程中，物质微观粒子的存在状态，在质和量上发生的变化，可以用化学语言、化学符号或数学模型（通常以计算式或函数图像表示）来表征。因此，可以运用算法推理来推演变化过程和结果，分析和解决问题。例如，解答有关用离子方程式来表示电解质在溶液中的化学反应的问题，教科书在学生初学阶段，给学生介绍离子方程式书写的规则和四个步骤，帮助学生运用算法推理方式来解答问题。这些规则和步骤是：

1.写出反应的化学方程式。

2.把溶于水且完全电离的物质写成离子形式，难溶于水或难电离的物质仍用化学式表示。

3.删去化学方程式两边不参加反应的离子。

4.检查离子方程式两边各元素的原子数目和离子所带电荷总数是否相等[2]。

一些教师用“写、拆、删、查”概括这四个步骤。帮助学生运用这些规则、步骤，来解决问题，要注意让学生了解规则、步骤是建立在哪些化学核心概念上。离子方程式的书写是以电解质和离子反应的概念、化学反应基本规律为基础，借助化学符号和数学运算形式来表征电解质在溶液中的反应。步骤1的完成，是以正确认识电解质在溶液中实际发生的化学反应为前提;步骤4要求学生牢固地掌握化学反应遵循的质量守恒定律。这两个步骤是化学方程式书写的基本规则。步骤2、3的完成，需要依据电解质电离和离子反应的概念，判断实际参加反应和生成的物质及其在反应体系中存在的状态（离子、分子或固体）。

一些学生没有理解这些书写规则和步骤是建立在有关电解质电离、离子反应的概念上的。只是机械地记忆套用离子反应的四个步骤和规则来解答问题，问题解决过程只是算法的机械操演，没有依据概念进行的逻辑推理。因而会产生许多错误。随意拆、删化学方程式中反应物、生成物的化学式，凭臆断拼凑出错误的“离子”方程式。只有建立在对化学反应、电解质电离和离子反应发生条件等概念深刻理解的基础之上，经过一段时间的学习，就可以熟练地运用概念推理方式，直接写出反应的离子方程式。反之，机械按四个步骤做算法推演，是不可能学好离子反应及离子方程式的书写技能的。

许多教学实例都说明，如果学生运用算法推理解决问题，没有真正感知和理解问题情景中化学事物，不能把化学事物的微观表征和符号表征联系起来，只是孤立地记忆、套用由化学语言、化学符号和数学模型来解决问题，就会产生错误和困难。

当解决的问题情景较为复杂，需要综合运用各种知识和概念创造性地解决的问题，则需要把概念推理和算法推理结合起来。

例如，下面一道问题，没有解答类似问题经验的学生往往难以入手：

例2已知25℃时，Fe（OH）3的Ksp=2.79×10-39。求该温度下反应Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K。

不少没有解答过类似问题的学生，觉得解决问题难以入手。有的教师告诉这些学生，利用溶度积的计算式和水的离子积常数的计算式，做数学变换，就可以轻易解答：

25℃时，Fe（OH）3Ksp=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.79×10-39，

c（H+）×c（OH-）=Kw=1×10-14;

因此，反应Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数：

K====2.79×103。

学生运用上述算法推理，可以解决问题。但他们不理解上述算法的推理的基础，即，不知道解答思路是怎么“想”出来的。即使解答了问题，对化学概念的理解并未得到提高，分析解答问题的能力也没有得到提高。只有帮助学生意识到，在Fe（OH）3的浊液中存在Fe（OH）3的溶解平衡和水的电离平衡，加入酸溶液，引入了Fe（OH）3和H+离子反应的平衡体系。一定条件下，反应液中三种平衡体系达到平衡状态，c（H+）、c（OH-）、c（Fe3+）的数值都是定值，且同时满足三个平衡体系的平衡常数计算式。因此，可以从水的离子积和Fe（OH）3溶度积的计算式，通过简单的代换，运用相同温度下水的离子积、Fe（OH）3的溶度积，求得Fe（OH）3和酸反应的平衡常数。

只有揭示出算法推理方式的基础，即算法推理所依据的科学概念，帮助学生理解化学事物的符号表征和微观表征的关系，才能让学生获得顿悟，更深刻地理解、更牢固的掌握算法推理的规则和程序。同时，提高学生运用概念推理方式解决问题的能力。

中学化学学习中，有关电解质混合溶液中的离子浓度大小的分析，对高中学生来说是比较困难的问题。因为它的分析解答，需要的认知即推理方式较为复杂。混合溶液中各组分电解质的组成、浓度、电离程度，混合溶液的pH、温度，各组分间的相互作用（包括某些盐类的水解反应）都是影响离子浓度的因素。要依据问题情景，抓住主要矛盾，做周密的分析、推理不容易。为了帮助学生应付这类习题和试题。不少老师，补充了大学分析化学有关电解质溶液组成的三个算法推理规则（物料守恒、电荷守恒、质子守恒），用大量范例和练习做解题训练。其实，这些结构良好的算法推理也是建立在对科学概念的深刻理解的基础之上的。教学中应该研究怎样在不增加学生学习负担的基础上，帮助学生理解、掌握电解质溶液组成相关概念。

对电解质溶液离子组成进行定性、定量分析的问题，应该在理解并熟练掌握有关电解质电离、离子反应、水的电离、盐的水解原理等知识的基础上，帮助学生形成下列核心概念，提高运用核心概念进行逻辑推理和逻辑判断的能力。

①认识电解质的水溶液中一定存在强电解质的电离、水的电离平衡、弱电解质的电离平衡。如果溶液中存在能发生水解的盐，还存在盐的水解平衡，分析一定浓度的电解质溶液中的离子组成和浓度关系，要全面考虑这些影响因素。

②几种电解质同时溶解于水中，或者几种电解质溶液的混合，可能发生反应。要注意分析是否发生反应。若有反应发生，要依据反应后得到的溶液的组成来分析溶液的离子组成和离子浓度大小关系。

③知道不论电解质在溶液中发生什么变化，电解质溶液总是呈电中性的，阴、阳离子所带正、负电荷总量一定相等。比如，NaHCO3溶液中一定有：

c（H+）+c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（OH-）

④知道电解质溶液中，组成该电解质的各元素的原子总数不会发生变化。即，某一组分的原始浓度应等于它在溶液中以各种形式存在的离子和分子得浓度总和。如，在NaHCO3溶液中一定有：

c（HCO3-）+c（CO32-）+c（H2CO3）=c（Na+）

⑤认识电解质溶液中水以及电解质所得到或失去质子（H+）的总的物质的量是相等的。

如，在NaHCO3溶液中一定有：c（H+）+c（H2CO3）=c（CO32-）+c（OH-）

又如，在H3PO4溶液中有：

c（H+）=c（H2PO4-）+2c（HPO42-）+3c（PO43-）+c（OH-）

学生牢固地掌握了这些概念，离子浓度的分析，就不是难事。如下述问题的解答。

例3下列有关电解质溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是（）

A.在0.1mol・L-1NaHCO3溶液中：

c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（H2CO3）

B.在0.1mol・L-1Na2CO3溶液中：

c（OH-）-c（H+）=c（HCO3-）+2c（H2CO3）

C.向0.2mol・L-1NaHCO3溶液中加入等体积0.1mol・L-1NaOH溶液：

c（CO32-）>c（HCO3-）>c（OH-）>c（H+）

D.常温下，某CH3COONa和CH3COOH混合溶液，已知pH=7，c（Na+）=0.1mol・L-1，则：

c（Na+）=c（CH3COO-）>c（CH3COOH）>c（H+）=c（OH-）

（答案：BD）

运用上述核心概念，通过概念推理方式，可以顺利解决问题。

0.1mol・L-1NaHCO3溶液中，HCO3-在溶液中存在水解与电离两个过程。NaHCO3溶液呈弱碱性，HCO3-电离程度很小，HCO3-在溶液中水解程度大于电离程度，水解产生的H2CO3多于电离产生的CO32-，因此有：c（HCO3-）>c（CO32-）;c（H2CO3）>c（CO32-）。可判断，选项Ac（HCO3-）>c（CO32-），符合题意，而c（CO32-）>c（H2CO3），不符合题意。

若依B项所设，0.1mol・L-1Na2CO3溶液中，c（OH-）=c（HCO3-）+2c（H2CO3-）+c（H+），则说明溶液中的c（OH-）（即水失去氢离子的产物）等于CO32-转化为HCO3-和H2CO3所结合的氢离子浓度、溶液中尚存在的自由氢离子浓度的总和，符合事实。因此，该项符合题意。

选项C，向0.2mol・L-1NaHCO3溶液中加入等体积0.1mol・L-1NaOH溶液，所得到的新溶液相当于0.05mol・L-1的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的混合液。因为Na2CO3的水解程度大于NaHCO3，由于水解，CO32-离子浓度的降低大于HCO3-离子浓度的降低。因此，应有下列关系：c（HCO3-）>c（CO32-）>c（OH-）>c（H+）。选项C中，c（CO32-）>c（HCO3-）错误，该项不符合题意。

选项D设定情景是常温下，pH=7、c（Na+）=0.1mol・L-1的CH3COONa和CH3COOH混合溶液。因为溶液中只存在Na+、H+、OH-、CH3COO-四种离子，存在CH3COO-离子的水解平衡和CH3COOH的电离平衡。电解质溶液中阴阳离子所带正负电荷总量总是相等的，常温下溶液pH=7，则有c（H+）=c（OH-）=1×10-7mol・L-1，且c（Na+）=c（CH3COO-）=0.1mol・L-1。因为，CH3COOH电离程度大于CH3COO-的水解程度，而混合溶液仍然呈中性，可见混合溶液中，应有

c（H3COO-）>c（CH3COOH）。因此，该选项符合题意。

参考文献

量子力学存在的问题范文

【论文摘要】本文首先探讨了近似计算在静态分析中的应用问题，其次分析了纳米电子技术急需解决的若干关键问题和交互式电子技术应用手册，最后电子技术在时间与频率标准中的应用进行了相关的研究。因此，本文具有深刻的理论意义和广泛的实际应用价值。

一、近似计算在静态分析中的应用

在电子技术中应运中，近似计算贯穿其始终。然而，没有近似计算是不可想象的。而精确计算在电子技术中往往行不通，也没有其必要。尽管近似计算会引入一定的误差，但这个误差控制得好，不会对分析其它电路产生大的影响。所以关键在于我们如何掌握，特别是如何应用近似计算。

在工作点稳定电路中的应用要进行静态分析，就必须求出三极管的基电压，必须忽略三极管静态基极电流。这样，我们得到三极管的基射电子的相关过程及结论。

二、纳米电子技术急需解决的若干关键问题

由于纳米器件的特征尺寸处于纳米量级，因此，其机理和现有的电子元件截然不同，理论方面有许多量子现象和相关问题需要解决，如电子在势阱中的隧穿过程、非弹性散射效应机理等。尽管如此，纳米电子学中急需解决的关键问题主要还在于纳米电子器件与纳米电子电路相关的纳米电子技术方面，其主要表现在以下几个方面。

（1）纳米si基量子异质结加工

要继续把现有的硅基电子器件缩小到纳米尺度，最直截了当的方法是采用外延、光刻等技术制造新一代的类似层状蛋糕的纳米半导体结构。其中，不同层通常是由不同势能的半导体材料制成的，构建成纳米尺度的量子势阱，这种结构称作“半导体异质结”。

（2）分子晶体管和导线组装纳米器件即使知道如何制造分子晶体管和分子导线，但把这些元件组装成一个可以运转的逻辑结构仍是一个非常棘手的难题。一种可能的途径是利用扫描隧道显微镜把分子元件排列在一个平面上；另一种组装较大电子器件的可能途径是通过阵列的自组装。尽管，purdueuniversity等研究机构在这个方向上取得了可喜的进展，但该技术何时能够走出实验室进入实用，仍无法断言。

（3）超高密度量子效应存储器

超高密度存储量子效应的电子“芯片”是未来纳米计算机的主要部件，它可以为具备快速存取能力但没有可动机械部件的计算机信息系统提供海量存储手段。但是，有了制造纳米电子逻辑器件的能力后，如何用这种器件组装成超高密度存储的量子效应存储器阵列或芯片同样给纳米电子学研究者提出了新的挑战。

（4）纳米计算机的“互连问题”

一台由数万亿的纳米电子元件以前所未有的密集度组装成纳米计算机注定需要巧妙的结构及合理整体布局，而整体结构问题中首当其冲需要解决的就是所谓的“互连问题”。换句话说，就是计算结构中信息的输入、输出问题。纳米计算机要把海量信息存储在一个很小的空间内，并极快地使用和产生信息，需要有特殊的结构来控制和协调计算机的诸多元件，而纳米计算元件之间、计算元件与外部环境之间需要有大量的连接。就现有传统计算机设计的微型化而言，由于电线之间要相互隔开以避免过热或“串线”，这样就有一些几何学上的考虑和限制，连接的数量不可能无限制地增加。因此，纳米计算机导线间的量子隧穿效应和导线与纳米电子器件之间的“连接”问题急需解决。

（5）纳米/分子电子器件制备、操纵、设计、性能分析模拟环境

当前，分子力学、量子力学、多尺度计算、计算机并行技术、计算机图形学已取得快速发展，利用这些技术建立一个能够完成纳米电子器件制备、操纵、设计与性能分析的模拟虚拟环境，并使纳米技术研究人员获得虚拟的体验已成为可能。但由于现有计算机的速度、分子力学与量子力学算法的效率等问题，目前建立这种迅速、敏感、精细的量子模拟虚拟环境还存在巨大困难。

三、交互式电子技术手册

交互式电子技术手册经历了5个发展阶段，根据美国国防部的定义：加注索引的扫描页图、滚动文档式电子技术手册、线性结构电子技术手册、基于数据库的电子技术手册和集成电子技术手册。目前真正意义上的集成了人工智能、故障诊断的第5类集成电子技术手册并不存在，大多数电子技术手册基本上位于第4类及其以下的水平。需要声明的是，各类电子技术手册虽然代表不同的发展阶段，但是各有优点，较低级别的电子技术手册目前仍然有着各自的应用价值。由于类以上的电子技术手册在信息的组织、管理、传递、获取方面具有明显的优点。

简单的说，电子技术手册就是技术手册的数字化。为了获取信息的方便，数字化后的数据需要一个良好的组织管理和提供给用户的形式，电子技术手册的发展就是围绕这一过程来进行的。

四、电子技术在时间与频率标准中的应用

时间和频率是描述同一周期现象的两个参数，可由时间标准导出频率标准，两者可共用的一个基准。

1952年国际天文协会定义的时间标准是基于地球自转周期和公转周期而建立的，分别称为世界时（ut）和历书时（et）。这种基于天文方面的宏观计时标准，设备庞大，操作麻烦，精度仅达10-9。随着电子技术与微波光谱学的发展，产生了量子电子学、激光等新技术，由此出现了一种新颖的频率标准——量子频率标准。这种频率标准是利用原子能级跃迁时所辐射的电磁波频率作为频率标准。目前世界各国相继作成各种量子频率标准，如（133cs）频标、铷原子频标、氢原子作成的氢脉泽频标、甲烷饱和以及吸收氦氖激光频标等等。这样做后，将过去基于宏观的天体运动的计时标准，改变成微观的原子本身结构运动的时间基准。这一方面使设备大为简化，体积、重量大减小；另一方面使频率标准的稳定度大为提高（可达10-12—10-14量级，即30万年——300万年差1秒）。1967年第13届国际计量大会正式通过决议，规定：“一秒等于133cs原子基态两超精细能级跃迁的9192631770个周期所持续的时间”。该时间基准，发展了高精度的测频技术，大大有助于宇宙航行和空间探索，加速了现代微波技术和雷达、激光技术等的发展。而激光技术和电子技术的发展又为长度计量提供了新的测试手段。

总之，在探讨了近似计算在静态分析中的应用问题、纳米电子技术急需解决的若干关键问题和交互式电子技术应用手册后，广大科技工作者对电子技术在时间与频率标准中的应用知识的初步了解和认识。在当代高科技产业日渐繁荣，尖端信息普遍进入我们生活之中的同时，国家经济建设和和谐社会的构建离不开我们科技工作者对新理论的学习和新技术的应用，因此说，本文具有深刻的理论意义和广泛的实际应用价值是不足为虚的。

【参考文献】

[1]张凡，殷承良《现代汽车电子技术及其在仪表中的应用[j]客车技术与研究》，2006（01）。

[2]李建《汽车电子技术的应用状况与发展趋势》[j]，《汽车运用》，2006（09）。

量子力学存在的问题范文篇3

目前，国内航海类大专院校均开设有海事类专业英语课程，在教学中侧重点也不尽相同。例如，船舶设计制造专业开设有“船舶工程英语”；轮机工程开设有“轮机工程英语”；航海技术专业开设有“航海英语”。对于这些相对成熟的航海类专业英语而言，新兴的船舶电子电气专业英语的教学还处于起步阶段，各海事院校的教学工作者仍在探索改革。

1学情分析

（1）个体差异大。由于学习能力、学习方法的差异以及各种个人因素的影响，造成了学生在英语和专业英语学习中存在巨大的差异。有的学生英语基础薄弱，无法完成基本的对话交流；有的学生英语基础较好，学习专业英语较为轻松。

（2）“听说”能力弱。在英语学习和日常应用当中，存在着“听说”能力弱的问题，无法运用英语进行有效的交流，这不仅是航海类学生也是中国学生普遍面临的问题。这个问题也是困扰所有英语教学工作者的难题。

（3）重视程度不高。大多数船电专业学生对专业英语学习的重视程度不够，没有学习兴趣甚至个别学生会有抵触情绪。没有认识到自己英语在今后岗位工作和交流中的重要性，认为只要能够应付考试和船员适任考试就足够了。

2教情分析

（1）师资力量不足。目前，船舶电子电气专业英语的授课教师大致可以分为两类：英语专业的教师和电子电气专业的教师。无论是英语专业教师还是电子电气专业的教师，在课程教授过程中都会存在一定的问题：对于英语专业的教师而言，英语基础扎实但欠缺相关的专业知识和实践经验；对于电子电气专业的教师而言，实践经验丰富，对于知识内容的把握准确，但未受过专业的英语教学训练，因此在专业英语的教学中会存在不标准、不规范的问题。

（2）教材建设不完善。在STCW公约马尼拉修正案之前大多采用航海类或电气类相关教材。随着STCW公约马尼拉修正案的提出和实施，电子电气员的培养和培训愈来愈受到重视，大连海事大学等资深航海院校出版了《电子电气员英语》、《电子电气员英语听力与会话》等适任培训教材。但可选教材种类仍较少，教材建设仍不完善，仍需加强教材建设工作。

（3）教学方法有待改进。电子电气专业英语单词量大、知识繁多、晦涩难懂，学生在学习中困难较大，另外学生个体差异大，这就要求在教学过程中丰富教学方法，因材施教。现实问题是师资力量有限、学生数量多、学时少、任务重，因此大多采用大堂授课，授课方式也相对单一。

（4）课时安排不够。学生既要掌握相关的知识，又要掌握对应的英语表述方法；除了基本的英语词汇外，还要熟练掌握船舶电子电气英语常用词汇3000个以上。课时安排一般60~80课时，相对于繁重的学习内容而言，课时安排相对不够，需要增加学时并合理规划分配。

二、教学及人才培养改革方案

船舶电子电气专业作为一个新兴专业，无论在教学方法、教材建设还是人才培养方案的制定方面，仍是处于探索阶段，针对目前存在的问题和暴露出来的问题，不断探索、研究合理的教学方法，勇于尝试、改革教学策略和人才培养方案。

1教学应对策略

（1）加强师资建设。专业英语教师应加强专业知识的学习，掌握船舶电子电气专业理论知识，增加实践锻炼，保证基本功过硬；同时，加强英语的学习，通过培训班、交流活动、国外访学等方式提高教师自身的英语水平，培养精通船舶电子电气业务的专业英语教师。

（2）加强教材建设。教材不仅包括我们的课本、讲义、习题，还包括各种网络资源和电子资料，信息化时代的学习不能再拘泥于课本和习题，应当丰富和发展网络资源，以学生喜闻乐见的方式进行知识的传播。教材建设既包括适用教材的编写也包括各种电子学习资源的构建。

（3）丰富教学方法。学生在英语和专业英语学习中存在巨大的差异，这就要求专业英语的教学要多样化、多元化，不能采取“一刀切”的粗放式教学方法，针对不同英语基础学生制定不同的教学措施。采用多媒体和网络等各种现代化资源，丰富教学方法。

（4）培养学习兴趣。通过情景模拟、场景再现、实操演练等互动方式调动学生的兴趣，将学习由被动学习“要我学”变为主动学习“我要学”。

2培养方案改革

（1）人才培养方案改革。人才培养方式的改革能够快速提升人才培养质量，不断提高学生的素养和能力。这就要求不断根据行业和社会要求，紧跟行业发展方向，勇于改革人才培养方案。打造精致的人才培养能力的理念，提升人才培养的质量。

（2）增加课时安排。进行课程安排规划时，应适当增加专业英语的课时量，合理规划，采用循序渐进的方式，由易到难，由简单到复杂，夯实学生的专业英语基础。

（3）优化课程安排。“船舶电子电气专业英语”涵盖多门专业课程的知识，在制订课程规划时，应注意课程的连贯性，避免出现对应专业课知识还未学习的问题。

三、结论及展望