量子計算論文大全11篇

緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇量子計算論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

篇（1）

論文關鍵詞：數字水印；信道容量；高斯噪聲信道;攻擊信道；信息論；

0引言

數字水印可視為通信理論的一種應用[2]。隨著對數字水印算法可靠性要求的提高，目前的數字水印不論在數學理論上和技術上均不成熟，對數字水印系統的公式描述仍然沒有統一的定論，在數字水印系統最終性能方面存在較多的不確定性[1,7,8]。這些均可以從信息論的角度上尋求解決出路。

數字水印系統分為水印嵌入編碼，攻擊信道，和水印譯碼三個模塊。這里，我們對一般數字水印模型提出了改進，在水印嵌入之前加入待嵌入信號預處理，給出了對于水印通信模型的更加恰當的描述，如圖1。

根據改進系統框圖，數字水印的實施過程可分為如下步（只考慮圖像水印）：

（1）密鑰生成：在進行水印處理之前，隨機密鑰經偽隨機信號發生器生成，并在編碼和譯碼端可知；該密鑰與待嵌入消息M和原始載體信宿相互獨立。

（2）形成水印信號：通過一預處理器對消息M作壓縮或編碼預處理，同時還可利用原始載體信宿提供的邊信息進行預編碼，保證水印的唯一性，改善誤碼率，提高通信容量。

（3）水印嵌入：待嵌入消息水印信號M通過某種算法，與密鑰進行相關處理，被嵌入長為N的載體序列中，生成的圖像水印可表示為，且。

（4）攻擊信道：該生成水印在傳輸過程中將會受到惡意攻擊導致其中的W信號被去除而生成被修改的信號。

（5）提取或檢測水印：借助原始載體圖像（私有水印或非盲水印），或不依賴原是圖像（公開水印或盲水印），利用相關接收機、匹配濾波器、最大后驗概率譯碼規則（MAP）來提取或檢測水印。1、信道容量的數學分析

水印的信道容量是所有可達速率的上限。根據理論分析表明[1,7,8]，它由如下三個參量決定：嵌入失真,攻擊失真，以及載體信宿的概率分布函數{PS}。

可以證明：當原始載體信源的功率（方差）為，那么對于公開水印和私有水印，其信道容量均不超過。其中：首先定義區間：

，(10)

通過計算，當時，可以得到區間為空域。當區域非空時，定義水印容量

＝(11)

特別的，當載體信源S滿足零均值，方差為且獨立同分布的高斯分布時，公開水印與私有水印具有相同的水印信道容量，且該容量正好等于上限。

2、信道容量計算公式的簡化

上述容量計算公式過于復雜，可進行如下化簡，根據水印的信道容量公式(11)，我們有

＝

＝＝

=（12）

而前面(10)已經定義區間：

，

根據上面的推導，可把暫看作常量，那么容量C決定于中間變量的取值，即根據適當的選取值得到最大化的C；但實際上由(10)式我們可以看到的取值范圍又由決定。經過適當的約束和簡化，最終我們可以得到

(13)

但考慮到，當時，實際上這種攻擊對水印是完全無效的[5];因而攻擊者不會采用。所以進一步給出攻擊失真的取值范。在小范圍失真下，即，有，所以可得到小范圍失真條件下的容量近似公式：

(14)

根據上式，我們可以看到在小范圍失真情況下，容量與載體信源的統計概率分布無關。當時，根據上式，可以得到容量C=0.5bit/Symbol。

3、模型的約束性優化和擴展

為了更好的理解水印系統，簡化分析，可引入加性噪聲信道的概念。對比乘性信道，加性噪聲信道具有統計分布參數（如方差）簡單加的特點，這對模型的分析十分有利。實際上，目前關于信息論的許多研究都從加性噪聲信道分析入手[1，5]。

可以將經攻擊偽造后的消息Y寫成如下形式：

其中，，。(15)

圖2數字水印博弈模型

根據上式，可將水印理解成一種帶有邊信息的通信博弈[2]。將理解為被傳輸的信號，同時受到加性噪聲S的破壞（這里將載體信源看作相對于的加性噪聲）；S在傳輸端可知。而可以理解成一種可加性干擾信號，該信號由決定。那么，當失真測量為簡單的差度量度時，該失真度由加在上的干擾限制決定。特別的，在本例中，因，系統失真由加在被傳輸的上的總干擾功率決定，即功率受限。同樣的，如果，那么可加性干擾信號也是功率受限信號。

考慮信道的輸出為，其中輸入的功率受限為；S為任意的功率受限且各態歷經的過程，并假設S僅在編碼的時候是可知的，而在解碼是是未知的。為一穩態高斯過程，對編碼和譯碼均不可知。假設S和相互獨立，其聯合概率分布與獨立。

考慮S和均為滿足獨立等同概率分布的隨機變量；特別的，S任意分布（可以為非高斯分布），而滿足零均值，方差為的高斯分布。也為滿零均值，方差為的高斯分布，并且與S和的聯合概率獨立。同時設輔助隨機變量。那么，有

,(16)

可以證明，在條件下，隨機變量和不相關，且相互獨立。因和均為高斯分布，那么也滿足高斯分布。又因S和相互獨立，所以隨機變量與也相互獨立。這樣，可以推出如下結論：

(17)

同時，與獨立表明：

(18)

所以，綜合上述兩式，可以得出：

(19)

篇（2）

進入信息時代，計算機及相關軟件在建設工程項目管理領域的應用也越來越廣泛。在項目成本管理領域，早已實現工程成本及造價計算過程中定額子目的自動套用、費用的自動計算及人、材、機的自動分析和匯總，但工程量的計算還未能完全實現自動化，各類具有自動算量能夠功能的軟件在實際應用中也存在各種問題。

1. 當前項目造價（成本）領域軟件應用的水平及存在問題分析

1.1. 當前項目造價（成本）領域軟件應用發展的水平

當前，在項目造價（成本）領域的應用軟件，主要在于實現自動討價及工料分析。由于工作關系，筆者對目前市面上常用的幾款軟件都曾試用，總體來講，上述軟件具有準確率高、換算方便、速度快等優點，實現了報表輸出的兼容性。也有部分軟件對實現自動算量功能做出了有益的嘗試，并取得一定的成果。根據筆者的經驗，這類軟件均較好的解決了建模、自動算量、工程量的匯總及定額的套用等手工計算中費工費時的工作，有些更是具備了能直接調用電子圖檔的功能，省卻了大量的建模時間，取得了較好的應用效果。

1.2.工程量自動計算的意義

傳統的手工計算工程量，其基本過程無非是翻閱圖紙、熟悉資料、列計算式、計算分項工程量、匯總工程量、套用單價。很顯然，這極為費力費時，需要細心和極大的耐心，稍有不慎則容易出錯，效率低下。

而工程量的自動計算基本過程如下：建模、校核、自動計算、自動套用定額子目或生成工程量清單項目。

工程量的軟件計算最大的優越之處在于實現了工程量的自動化、智能化：

1）實現了構件交接處的自動扣減；

2）實現了工程量的自動分類匯總及報表輸出；

3）建模時標準層可直接復制，非標準層可稍加修改，成倍的提高了工效。

相較于手工計算，用軟件計算的功效是手工計算的至少4～5倍。筆者本人曾作過專門比較，同一棟框架結構宿舍樓，手工計算工程量到匯總得出分部分項工程量約需2～3天，而用軟件計算從建模到輸出工程量總共只用了不到10個小時，孰優孰劣，一目了然。

工程量的自動計算，不僅是項目建設初期及竣工階段造價（成本）管理工作的需要，也是工程項目實施過程中管理工作的需要。項目管理中經常要做到對部分樓層、部分構件或部分材料的分項匯總，用手工計算容易出現統計錯誤，而軟件則可以在幾十秒鐘之內實現上述功能。不僅如此，在招投標領域實現快速投標、在工程竣工決算審計中能起到減少重復計算、提高功效的作用。正由于此，筆者認為，應在項目造價（成本）領域大力推廣工程量的自動計算。

1.3.當前算量類軟件在項目造價（成本）領域應用中存在的問題

通過對上述部分具備算量功能的軟件的使用，總體感覺目前的此類軟件普遍存在如下缺點：

1）軟件的智能化程度不高，需大量的人工干預，操作繁瑣，容易出錯；

2）對于建筑造型獨特、不規則的建筑物建模有困難，如對墻面的一些非常規裝飾不能方便的建模甚至無法建模；

3）計算公式的輸出不規范，不符合人們的手工計算習慣，難以閱讀，不便于核對和查錯；

4）盡管部分軟件聲稱具備能直接調用設計院的電子圖檔的功能，但實際應用中其效果并不理想；

5） 部分人士感覺其計算過程 “暗箱”化，對軟件的計算結果不完全放心。

現實的情況就是，用傳統的手工計算匯總工程量，然后手工錄入套價軟件。在其他的如工程技術設計領域早已解決的設計過程信息化，在項目造價（成本）領域還是未能實現。

轉貼于

2. 當前項目造價（成本）領域信息化發展中存在問題的原因分析

筆者認為，當前在項目造價（成本）領域信息化水平低、造價（成本）管理中工程量的自動計算的自動化程度不高的原因是多方面的，概略分析，主要存在以下幾個方面的原因：

2.1由于傳統上對項目造價（成本）管理的忽視和方法的失誤，導致相當長的一段時間內存在輕視“預決算”人員的傾向，造成長期以來工程造價類專業人士整體素質不高。盡管近年來國家推行“注冊造價工程師”考試制度已在一定程度上扭轉了這一現象，但現實中也的確存在部分民工或非“科班”出身的人士在從事工程造價管理工作——“預決算”，無疑他們的專業上的綜合素養和接受新鮮事物的能力有限，部分甚至有排斥心理，導致造價類應用軟件的推廣受到極大的限制。

2.2由于算量類軟件都需要建模——圖形的輸入，其操作較為繁瑣。多數軟件的建模依賴于設計繪圖軟件諸如PKPM、AutoCAD等圖形平臺軟件的支持，而這一類軟件對使用者的起點要求較高，限制了算量軟件的廣泛應用。

2.3有些聲稱能直接調用電子圖檔的軟件，在實際應用中其效果不盡理想。由于繪圖類軟件種類繁多，標準不一，數據接口規范不盡統一，導致造價算量類軟件在讀入圖紙時錯誤頻出、修改量大，使得其宣稱的功能大打折扣，影響了軟件的推廣。

2.4由于算量軟件的使用受到諸多限制，加之一些業務部門平時工作任務繁重，認識有限，導致現實中對算量類軟件的推廣產生了極大的阻力，應用范圍非常為有限。銷售量的有限導致了其開發和推廣成本的居高不下，使得此類軟件的售價較高，又更限制了其使用范圍的擴大，一定程度上形成了非良性循環。

3.對于推廣算量類軟件的幾點思考

顯然，當前我國項目造價（成本）領域計算機及軟件應用水平還有待于進一步提高。為做好造價管理中算量軟件的推廣和應用水平，筆者認為應做好以下幾個方面：

3.1 政府及有關管理部門的應加強引導和推廣力度

我國建設工程項目管理界每一次大規模、深層次的變革均有政府和相關管理部門的大力推動。因此，在項目造價（成本）領域推廣工程量的自動計算也有賴于政府和管理部門的大力引導和推動。各地的造價總站應在軟件開發、軟件推廣、人員培訓及資源和信息的共享、標準規范的制訂和協調等方面為軟件的開發者和使用者提供比以前更大的支持力度。

3.2 加強和其他相關領域的協作

眾所周知，一個商業軟件的生命力取決于其所能實現的功能和兼容性、易用性、穩定性。如能實現算量軟件和設計繪圖軟件之間數據的無縫鏈接，真正做到算量軟件能直接調用電子圖檔，簡化建模，無疑是功能和兼容性上的一大進步。但兼容性則不是某一家軟件公司所能解決的，這就需要國家或行業協會等出面，在設計制圖規范、數據接口等方面召集建筑、結構、設備及軟件開發等方面專業人士協調，實現數據庫規范標準的統一，將能促進工程項目管理界信息的標準化和集成化，減少社會公共成本和重復成本，能極大的促進算量軟件的推廣和使用。

3.3促進部分軟件開發商之間的橫向合作

某些自動算量軟件在開過程中和繪圖軟件開發商合作，實現了數據傳遞的無縫連接，但同一套軟件在讀入由其他繪圖軟件繪制的施工圖時卻需大量的人工干預，費時費力。在政府和管理部門暫時還不能實現對軟件開發的協調的情況下，促進繪圖類軟件開發商和算量軟件開發的橫向聯合，實現數據接口統一規范，不失為解決問題的有效途徑。同時應鼓勵有實力的繪圖軟件開發商在自身的圖形平臺上開發算量功能模塊。

4. 結束語

綜上所述，筆者認為：

4.1當前，我國的項目造價（成本）領域的軟件應用已取得一定成績，但遠不能和其他領域相提并論；目前所存在的主要問題是還未能最終實現工程量的自動計算。

篇（3）

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篇（4）

ThomsonScientific國家科學指標數據庫2004年數據顯示，中國數學論文在1999~2003年間篇均引文次數為1.03，同期國際數學論文篇均引文次數是1.3,這表明中國數學研究的影響力正在向世界平均水平靠近。相較于物理學、化學和材料科學等領域，中國數學研究的國際影響力是最高的。

我們以美國《數學評論》(MR)光盤(1993-2005/05嚴為數據來源,用統計數據揭示國際數學論文的宏觀產出結構。通過對《MR》收錄中國學者發表數學論文每年的總量及其在63個分支上的分布統計，將中國數學論文的產出置于一個相對明晰的國際背景之下，借以觀察中國數學的發展態勢。此外，我們還以中國科學院文獻情報中心《中國數學文獻數據庫》（CMDDP為數據來源，統計了中國數學論文在63個分支領域的分布，并對其中獲國家自然科學基金資助或國家自然科學基金委員會數學天元基金資助的論文情況進行了定量分析。上述數據庫均采用國際同行認可的《數學主題分類表》（MSC),分別在國際、國內數學領域具有一定的影響力和相當規模的用戶群。

《MR》光盤收錄發表在專業期刊、大學學報及專著上的數學論文，其收錄范圍非常廣泛。1993~2004年共收錄論文769680篇，其中有74988篇是由中國學者參與完成的，我們稱之為中國論文。這里中國論文是指《MR》的論文作者中至少有一位作者是來自于中國(即《MR》光盤中所標注的“PRC”）。12年中，中國論文數占世界論文總數的9.74%。

《CMDD》收錄中國國內出版的約300種數學專業期刊、大學學報及專著上刊登的數學論文，此外，還收錄了80種國外出版的專業期刊上中國學者發表的論文，并對那些獲國家自然科學基金或國家自然科學基金委員會數學天元基金資助的論文進行了特別標注。

2.1《MR》收錄中國論文的統計分析

考慮到二次文獻的收錄時差，為保證數據的完整性，選取的是1993~2004年的文獻數據，檢索結果如圖1所示。數據顯示，《MR》12年來收錄的中國論文呈現出穩步增長的勢頭,中國論文的增長速度要大于《MR》總論文數的增長速度。

2.2《MR》收錄論文在數學各分支上的分布

為避免重復計數，在對63個數學分支進行統計時,均按第一分類號統計。按2000年《MSC》提出的修訂方案，將1993~1999年的數據進行了合并和調整。圖2顯示了國際數學論文在63個數學分支上的分布。

數學各分支占論文總產出的百分比在一定程度上反映了該領域的研究規模，而相應分支學科的研究熱點變化也是統計中著重揭示的問題。在實際統計中，跟蹤熱點變化主要是通過這63個數學分支的時間序列分析完成的。統計數據揭示的主要特征和趨勢如下：1993?2004年，國際數學或與數學相關論文產出百分比最高的前10個分支依次是：量子理論（81)、統計學（62)、計算機科學（68)、偏微分方程（35)、數值分析（65)、概率論與隨機過程（60)、組合論（05)、運籌學和數學規劃（90)、系統論/控制（93)、常微分方程（34),這10個分支的產出占總體產出的42.5%。

隹某些分支領域表現出良好的增長勢頭，如統計學領域的論文數量近3~4年增長較快，有取代量子力學成為現代數學最大板塊的趨勢。對統計學進一步按照次級主題分類進行統計，結果表明論文產出主要集中在非參數推斷（62G)方向（見圖3)。

2.3《MR》〉收錄中國論文在數學各分支上的分布

MR收錄中國學者的數學論文的主要特點表現在以下幾個方面：

參1993~2004年論文產出百分比最髙的前10個分支領域依次是偏微分方程（35)、數值分析（65)、常微分方程（34)、系統論/控制（93)，運籌學和數學規劃（90)、統計學（62)、組合論（05)、概率論與隨機隨機過程（60)、動力系統和遍歷理論（37)、算子理論（47)，這10個分支的產出占總體產出的52.25%。

偏微分方程（35)是中國數學論文產出的最大分支，對偏微分方程的二級分類進行細分，結果見圖5。

從圖中可以看出數理方程及在其它領域的應用（35Q)所占比重較大。同時，根據對35Q的下一級分類的追蹤發現，關于KdV-like方程（35Q53)、NLS-like方程(35Q55)的論文有增加的趨勢。

差分方程（39)、Fourier分析（42)、計算機科學（68)、運籌學和數學規劃（90)、對策論/經濟/社會科學和行為科學（91)、系統論/控制（93)、信息和通訊/電路（94)表現出一定的增長勢頭。

結合環和結合代數（16)、逼近與展開（41)、一般拓撲學（54)、大范圍分析/流形上的分析（58)、概率論與隨機過程（60)等表現出下降趨勢。

與《MR》收錄數據的主題分布所不同的是中國的量子力學和統計學均沒有進入前5名，量子力學排到了第12位，且有下降趨勢。計算機科學（68)、常微分方程（34)在《MR》中分別排在第3位和第10位，而中國數學論文中，常微分方程位居第3，計算機科學位居第11。

1993~2004年《中國數學文獻數據庫》收錄論文統計分析

1993~2004年《CMDD》收錄中國學者發表的論文總數達到93139篇。從這些論文在63個數學分支上的分布中可以看出，這63個數學分支學科的發展是不平衡的。對這63個數學分支的論文產出的時間序列分析發現，有些分支增長較快，如運籌學和數學規劃（90),對策論/經濟/社會科學和行為科學（91),有的變化不大，如幾何學(51-52)。

通過對《CMDD》的數據統計，表明中國數學文獻的學科分布有如下特點：

參1993?2004年論文產出百分比最高的前10個數學分支依次是數值分析（65)、運籌學和數學規劃（90)、常微分方程（34)、偏微分方程（35)、統計學（62)、系統論/控制（93)、計算機科學（68)、組合論（05)、概率論與隨機過程（60)、對策論/經濟/社會科學和行為科學(91)，這10個分支的產出占總體產出的56.0%。

一些分支表現出良好的成長性。如數理邏輯與基礎（03)、矩陣論（15)、實函數（26)、測度與積分(28)、動力系統和遍歷理論（37)、Fourier分析（42)、變分法與最優控制/最優化（49)，運籌學和數學規劃(90)、對策論/經濟/社會科學和行為科學（91)、生物學和其它自然科學（92)、系統論/控制（93)、信息和通訊/電路（94)。

參一些分支所占比重下降。如逼近與展開（41)、一般拓撲學（54)、概率論與隨機過程（60)、統計學(62)、數值分析（65)等。

參在排名位于前10位的數學分支中，量子理論(81)在《MR》、PRC(《MR》的中國論文）和《CMDD》中所占比重有較大的差異，其余的9個分支盡管所占比重不同但基本上都能進人分布的前10名，例如，計算機科學（68〉在《MR》數據組的排名是第3位，到PRC和《CMDD》數據組就下降到第11位和第7位，在《MR?數據組的排名分別是第8位和第10位的運籌學和數學規劃（90)和常微分方程（34),在PRC數據組中，則上升到第5位和第3位，在《CMDD》數據組則為第2位和第3位。這些排名的變化可以部分地揭示出中國在量子理論、計算機科學的交叉研究等方面稍有欠缺，但在數值分析、運籌學（含數學規劃）等方面，中國具有相對的競爭優勢。

組合論（05)在《MR》、PRC和（(CMDD》中所占比重較為一致，分別位居第7、第7和第8位。數據表明組合論中的二級分類圖論（05C)的論文產出比例最高，對圖論主題進行進一步分析，發現這幾年成長較快的圖論領域的研究論文大多集中在圖和超圖的著色（05C15),其次是因子、匹配、覆蓋和填裝(05C70)。在圖論的這兩個三級分類上，中國學者的論文產出與國外非常吻合。

    本文中的“基金資助”指的是國家自然科學基金或國家自然科學基金委員會數學天元基金的資助。為統計方便，二者統一按基金資助處理。1993~2004年《CMDD》收錄的獲基金資助的論文共計27662篇，受資助力度達到30%左右。表8顯示，獲基金資助的論文近年來有不斷上升的趨勢。2005年《中國數學文摘)>第6期附表1說明《中國數學文摘》和《CMDD》2005年收錄的論文受基金資助的比例達40%以上。《CMDD》收錄的獲基金資助的中國論文在數學各分支上的分布特點如下：

在數量上，前10個分支領域為：數值分析（65)、系統論/控制（93)、偏微分方程（35)、運籌學和數學規劃（90)、計算機科學（68)、常微分方程（34)、統計學（62)、概率論與隨機過程（60)、組合學（05)、對策論/經濟/社會科學和行為科學（91)，這10個分支占總體產出的60.2%。

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【關鍵詞】 結構化學 課程論文 創新思維

《結構化學》是理科院校化學專業的一門重要基礎理論專業課。這門課程以嚴謹的數學邏輯推導為基礎，建立比較抽象的理論概念，學生一般感到難學難懂。因此，學生易缺乏學習的積極性，影響到教學效果。根據結構化學教學的特點，我們在教學中，設置課程論文作為激勵學生學習知識和評價教學效果的手段。對此， 我們在教學實踐中， 在掌握學生基本學習情況的基礎上，根據本課程的教學內容和教學特點，設置與教學目標和教學要求相適應的，注重理論研究和解釋實際實驗現象的課程論文題目，引導學生嘗試應用結構化學/量子化學的理論計算結果來解釋化學實驗，深入了解分子結構和理論性質，揭示其內在規律性。從而在應用理論的過程中加深對理論知識的認識，提高學生的學習積極性，取得較好的教學效果。

1 設置課程論文的重要性

與其他化學專業課程不同，《結構化學》的內容主要是抽象理論，缺乏合適的配套實驗對所學理論知識進行加深、拓寬和鞏固。該門課程的對象一般是大學三年級學生，具有相當的化學專業知識。設置課程論文可以讓學生在搜尋研究對象或者范圍時，對以前專業知識進行回顧和分析，思考大學一年級以來學習的知識是否存在可以采用結構化學理論解釋的地方，引發學生對化學知識、原理和現象進行思考，在自由選擇題目范圍的情況下，激發學生的學習和研究興趣。在指導學生進行課程論文研究時，注意講述一般科學研究的方法和步驟及科學工作者所應當具備的科學道德，全面提升學生的科學素養。在指導學生進行課程論文撰寫時，著重講授一般論文的寫作格式，培養學生的邏輯思維，提高學生的書面表達能力，形成一定論文寫作規范。這對于一般理工科學生尤其重要。設置的課程論文同時為四年級畢業論文研究階段所需要的邏輯思維和論文寫作打下基礎。

2 理論化學計算軟件的講授

讓學生進行課程論文研究，首先必須先教導學生使用理論化學的計算軟件，讓計算軟件成為學生進行課程論文研究的工具，所以教師本身需要對該類軟件非常熟悉，同時具備利用該類軟件進行科學研究的能力和經驗，這對教師的教學和科研能力有較高的要求。在眾多量子化學理論計算軟件中，HyperChem比較適合一般學生使用。可視化軟件使深奧的理論計算結果形象化、直觀化進行表達，讓學生好學易懂，同時操作簡單，適合用來作為課程論文研究的計算軟件。在實際教學中，我們只需要1學時就能教會學生有關HyperChem的基本操作和應用于簡單的理論計算。譚君［1］介紹了HyperChem軟件的一些使用操作和特點，這里不再重復敘述。

3 科學研究思維和步驟的指導

授之以魚不若授之以漁，所以我們在課堂上，教導學生一般的科學研究思維和步驟。課堂上以苯環上親電取代反應的定位規律作為計算例子，采用Hyperchem軟件計算各原子電荷并解釋定位規律的實驗現象。眾所周知，苯環上的取代基分為鄰對位定位基和間位定位基兩類。這里選擇了氨基和甲醛基分別作為鄰對位定位基和間位定位基兩類代表，通過計算其量子化學指數，討論其計算結果，從理論上解釋定位效應。

首先分析影響親電反應的因素。一般認為碳原子的電子云密度是主要因素，所以我們可以通過計算苯環上的碳原子電荷來解析親電反應規律。

在Hyperchem構造并以PM3分別計算氨基苯和苯甲醛，按display中的labels，選定charge項，在分子中顯示各碳原子的電荷分布。

電荷分布顯示氨基苯上鄰位和對位的C原子帶負電荷，分別為-0.191和-0.169，均大于間位C原子電荷（-0.05），所以對于氨基苯來說，親電基團會首先進攻鄰位和對位。而在苯甲醛的情況恰好相反，間位C原子電荷為最負，為-0.119。親電基團會首先進攻間位。根據上述計算結果和討論，應用原子電荷的規律變化很好地解釋了親電取代定位規則。

轉貼于 　　4 擬定結構化學計算題目

自由選擇題目范圍，可以激發學生的學習和研究興趣，教學中，我們設定以下方向（題目）：

① 藥物分子的結構與活性關系

通過對分子的結構計算，討論結構與活性關系，尋找分子活性中心和主要影響活性的因素。

② 化學反應原理與規律解釋

以理論方法計算和解釋常見化學反應的產物與規律，如丁二烯的加成反應。

③ 分子結構與性質

計算出分子的量化指數，尋找量化指數與分子性質的關系，如HOMO、LUMO與顏色的關系。

④ 光譜的移動

研究分子結構與光譜移動的關系，如分子中的鍵長的變化直接影響紅外吸收峰的移動。

⑤ 分子的結構/構型/構象

以理論方法研究分子的結構、具體構型和構象。

⑥ 分子間的相互作用

分子間的作用一般為氫鍵和范德華作用，與化合鍵作用相比，屬于弱作用，是生物大分子主要相互作用。

5 論文指導與創新思維模式的培育

創新思維的特征是求同與求異的統一、發散與收斂思維的統一、敏銳的直覺與理論思維的統一。課程論文布置下去以后，學生在對課題的思考會有許多新的問題和新的想法，我們要鼓勵學生在對新的問題進行創新思維。安排課程討論，將學生的想法在課堂上討論，尊重學生的新想法，引導學生將課堂學習的結構化學理論知識應用于課程論文研究中。

具有獨立思考判斷能力是學生創新思維模式的主要表現。傳統教師講、學生聽的缺乏互動的教學模式已表現出許多弊端，影響了學生獨立思考和動手的素質及其能力的形成。學生自己選題，成為培養學生獨立思考判斷能力跨出的第一步，也是重要的一步。獨立開展課程論文研究，進一步培養學生獨立思考判斷能力。因此，教學的重點應放在課程論文研究的過程上，而非結論。教會學生從抽象的數理推導中評選出適合個體所需的條件。同時，學生只有具備獨立的思考判斷能力和獲取知識的能力，才能在終身教育過程中面對日新月異的世界，不斷實現知識的更新［2］。

【參考文獻】

篇（6）

谷歌去年的研發開支達到80億美元。為了在互聯網搜索和在線廣告等市場保持領先地位，谷歌目前正在開發一些新的計算機技術。在科技行業中的一些人看來，量子技術是計算機進行海量數據分析的一種革命性方式。這種新技術對谷歌的主要業務尤其有幫助，對它的新項目――如聯網設備和聯網汽車――也是有用的。

“在一個硬件研發團隊的協助下，量子人工智能研究小組現在能夠落實新的設計并測試新的產品。”谷歌在博客中寫道。

在整理和分析海量數據方面，量子計算機將具有比傳統計算機更快的解決速度。谷歌量子人工智能小組成員馬蘇德?莫森（Masoud Mohseni）曾經與人合作撰寫過具有領先學術水平的量子技術論文。谷歌也一直被視為這一新技術革命的領導力量之一。

此外，谷歌的競爭對手微軟也在進軍這個新領域，并建立了一個名為“量子架構和計算（Quantum Architectures and Computation Group）”的研究小組。

探秘量子計算機

量子計算機，早先由理查德?費曼提出，一開始是從物理現象的模擬而來的。可他發現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間使資料量也變得龐大，一個完好的模擬所需的運算時間變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理查德?費曼當時就想到，如果用量子系統構成的計算機來模擬量子現象，則運算時間可大幅度減少。量子計算機的概念從此誕生。

從物理層面上來看，量子計算機不是基于普通的晶體管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如質子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（學校實驗大多用這個）等等作為載體。當然從理論上來看任何一個多能級系統都可以作為量子比特的載體。

從計算原理上來看，量子計算機的輸入態既可以是離散的本征態（如傳統的計算機一樣），也可以是疊加態（幾種不同狀態的幾率疊加），對信息的操作從傳統的“和”，“或”，“與”等邏輯運算擴展到任何幺正變換，輸出也可以是疊加態或某個本征態。所以量子計算機會更加靈活，并能實現并行計算。

量子計算機或不再遙遠

據外媒報道，美國普林斯頓大學研究人員近日設計出一種裝置，可以讓光子遵循實物粒子的運動規律。現存的計算機是基于經典力學研發而成的，在解釋量子力學方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。

研究人員制作出一種超導體，里面有1000億個原子，在聚集起來之后，眾多原子如同一個大的“人工原子”。科學家把“人工原子”放在載有光子的超導電線上，結果顯示，光子在“人工原子”的影響下改變了原有的運動軌跡，開始呈現實物粒子的性質。例如，在正常情況下，光子之間是互不干涉的，但是在這一裝置里，光子開始相互影響，呈現出液體和固體粒子的運動特性，光子的這種運動“前所未有”。

現存的計算機是基于經典力學研發而成的，在解釋量子力學方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。研究人員稱，在改變光子的運動規律之后，量子計算機的發明也許不再遙遠。

就我國量子計算機而言，相關研究也一直處于世界領先水平。早在2013年12月30日，美國物理學會《物理》雜志就公布了2013年度國際物理學領域的十一項重大進展，中國科學技術大學潘建偉教授及其同事張強、馬雄峰和陳騰云等“利用測量器件無關量子密鑰分發解決量子黑客隱患”的研究成果位列其中。

《物理》雜志以“量子勝利的一年――但還沒有量子計算機”為題報道了中國科學家成功解決量子黑客隱患這一重要成果。

篇（7）

量子化學是將量子力學的原理應用到化學中而產生的一門學科，經過化學家們的努力，量子化學理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經受到足夠的重視。目前，量子化學已被廣泛應用于化學的各個分支以及生物、醫藥、材料、環境、能源、軍事等領域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導作用。本文僅對量子化學原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領域做一簡要介紹。

一、 在材料科學中的應用

（一）在建筑材料方面的應用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1 ，2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca 鈣礬石、含Ba 鈣礬石和含Sr 鈣礬石的Al -O鍵級基本一致，而含Sr 鈣礬石、含Ba 鈣礬石中的Sr，Ba 原子鍵級與Sr-O，Ba -O共價鍵級都分別大于含Ca 鈣礬石中的Ca 原子鍵級和Ca -O共價鍵級，由此認為，含Sr 、Ba 硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。

將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。

（二） 在金屬及合金材料方面的應用

過渡金屬(Fe 、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。

量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應用

（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。

量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子， 如低級芳香烴作為碳/ 碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian 98 程序中的半經驗方法UAM1 、在UHF/ 3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。 轉貼于

（二）在鋰離子電池研究中的應用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li + 離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago 等[8] 用半經驗分子軌道法以C32 H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago 等[9 ] 用abinitio 分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li - C 和具有共價性的Li - Li 的混合物。Satoru 等[10] 用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。

三、 在生物大分子體系研究中的應用

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秘， 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。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便。可以預言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。

參考文獻：

[1]程新. [ 學位論文] .武漢:武漢工業大學材料科學與工程學院，1994

[2]程新，馮修吉.武漢工業大學學報，1995，17 (4) :12

[3]李北星，程新.建筑材料學報，1999，2(2):147

[4]閔新民，沈爾忠， 江元生等.化學學報，1990，48(10): 973

[5]程新，陳亞明.山東建材學院學報，1994，8(2):1

[6]閔新民.化學學報，1992，50(5):449

[7]王寶俊，張玉貴，秦育紅等.煤炭轉化，2003，26(1):1

[8]Ago H ，Nagata K， Yoshizaw A K， et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.，1997，70:1717

篇（8）

科學背景

高中物理講過，原子中間是一個極小的原子核，是電子，不過原子層次的物理現象沒法用牛頓的經典力學解釋，為了說清楚原子的事兒，物理學家們創立了量子理論。這個理論認為物質粒子也具有波的性質；粒子也不像皮球那樣缺乏個性地沿著確定的路徑運動，而是可以同時處于多種狀態，循著無窮多的任意路徑達到最終狀態。物理過程必須考慮所有可能路徑的總匯。

量子理論雖然如天書，卻是微觀世界真實的客觀規律。它不但用于原子能級、光譜、半導體、超導等現象，也被用于化學、生物等領域，還用來計算分子結構以及解釋生物化學過程。沒有量子理論，孰不會有晶體管、集成電路、激光，也就不會有計算機與計算機通訊。可以說，量子的宏觀應用已經使人類從電氣時代進入了微電子時代。

暈死人的量子世界

維蘭德來自于美國加州，中學時并不是最優秀學生，在高中最后一年才對物理產生了興趣。大學原本讀的數學專業，后來才改學物理，拿到物理博士學位后在美國國家標準技術研究所當研究員。他在那里干了37年，主要研究用離子束縛（iontrap）探索量子世界。

維蘭德與阿羅什的研究是直接操控并測試單個粒子的量子系統。對于維蘭德的實驗，他的方法是用電場把單個離子（如汞離子）限制在一個勢阱（可以把它想象成一個無形牢籠）內，就像用磁場把磁懸浮列車懸在空中一樣。這個離子在勢阱里只能來回運動，無法逃逸出去。

被束縛在勢阱里的離子整體只能來回振動（你可以理解為折返跑），而離子內部的電子也有不同的能級。這個振動的能量是量子化的，也就是一級一個臺階，只能在不同的能級之間跳躍。離子內部的能量也是量子化的，也是一級一個臺階。

維蘭德的秘訣是調節激光的頻率，迫使離子內部能級跳上一個臺階的同時讓它的振動能級跳下一階，這樣離子就會從內部高能級回落到低能級，不斷重復下去達到降低振動能級的效果，使離子處于運動能量最低的狀態。離子從高能級向低能級躍遷的時候釋放的能量轉換為一個光子，而光子的頻率正比于它的能量。在固體與氣體中，原子能級躍遷時的發光受到其他原子以及自身運動的影響，導致頻率的擾動。而單個孤立的離子則不受這些因素的干擾，因而可以實現很高的頻率精度。在另一個實驗中，通過不同的激光對離子照射，使它同時處于兩個量子狀態——這就是量子力學里“薛定諤的貓”，而且進行了相應的測量。在更為復雜的實驗中，三個離子形成量子纏繞狀態，構成三個可以用于量子計算的量子位元（qubit）……過去對量子力學的檢驗大多是基于統計結果，而通過對單個離子的精準控制，維蘭德等人的各種實驗與測量直接從微觀層次驗證了量子力學。

阿羅什與維蘭德殊途同歸。他的實驗是通過兩面鏡子來回反射把光子關進一個空腔，通過測量這些光子對高能級原子的影響得出光子的量子信息。

篇（9）

該方法指出，不同類型的糾纏態與幾何形體即多面體有關，這些形體代表“空間”，也就是某種糾纏的可用空間。一種給定的狀態是否屬于某種多面體，可以通過檢測個別粒子來確定，而檢測方法有很多。新方法通過檢測個別粒子來描述糾纏態特征的可能性，不僅效率很高，而且不必同時檢測許多粒子，這是與其他方法的不同之處，也意味著它能擴展到多粒子系統。

篇（10）

如果我們拋棄了光量子的沒有形狀的觀點而認為光量子在傳播過程中始終存在寬度（此寬度不同于振幅，對于同頻率的光量子是一個定值，并且光量子的寬度可以互相疊加），就能很好的理解以上這些現象。按照這種假設，光從光源發出后，每個光量子在均勻的各向同性介質中傳播時的路徑就不能簡單的看作一條直線或一列波，而是時刻保持一定寬度的‘波帶’的直線傳播過程。下面我將敘述一下我的假設性觀點，援引并解釋一下能用此觀點解釋的一些事實，我希望我的這個觀念對一些研究工作者在他們的研究中或許會顯得有用。

1 用惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律時需要的條件和忽略的事實

我們首先通過惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律。

如圖1所示，設想有一束平行光線（平行波）以入射角由介質1射向它與介質2的界面上，其邊緣光線1到達點。作通過點的波面，它與所有的入射光線垂直。光線1到達點的同時，光線2、3、···、n到達此波面上的點、、···、點。設光在介質1中的速度為，則光線2、3、···、n分別要經過一段時間、、···、后才能到達分界面、、···、各點，每條光線到達分界面上時都同時發射兩個次波，一個是向介質1內發射的反

圖1

射次波，另一個是向介質2內發射的透射次波。設光在介質2內速度為，在第n條光線到達的同時，由點發射的反射次波面和透射次波面分別是半徑為和的半球面。在此同時，光線2、3、···傳播到、、···各點后發出的反射次波面的半徑分別為、、···，而透射次波面的半徑為、、···。這些次波面一個比一個小，直到處縮成一個點。根據惠更斯原理，這些總擾動波面是這些次波面的包絡面。不難證明反射次波和透射次波的包絡面都是通過的平面。設反射次波總擾動的波面與各次波面相切于、、、···各點，而透射次波總擾動的波面與各次波面相切于、、、···各點，聯接次波源和切點，既得到總擾動的波線，亦即，、、、···為反射光線，、、、···為折射光線。

由于，直角三角形和全同，因而=，由圖1不難看出，=入射角，=反射角，故得到

這樣便導出了反射定律。由圖1還可以看出=折射角，因此

此外，于是

.

由此可見，入射角與折射角正玄之比為一常數，這樣我們便通過惠更斯原理導出了折射定律。

用惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律是以1、2、3、···、n條平行光線為研究對象，這就是論證需要的條件。如果不以多條平行光線為研究對象，而只給定一個光量子，比如此量子沿光線1傳播，以上論證中將無法確定點和點的位置，就不能確定次波的總擾動波線，就無法確定反射光線和折射光線，再用惠更斯原理來解釋這一個光量子在界面處的反射定律和折射定律，將顯得無從下手。

所以說，用惠更斯原理論證光的反射定律和折射定律至少需要兩個或兩個以上的光量子，這就是用惠更斯原理解釋光的反射定律和折射定律時需要的條件。

另外如果考慮到古斯--漢申位移和半波損失，用惠更斯原理作出的光的反射光線將不是光的實際路線，而是反射光線的平行光線，雖然不影響論證光的反射定律，但是這也確實是它忽略的一個事實。

2用光量子的傳播寬度解釋光的折射定律

如果假設光量子在傳播過程中始終保持一定的寬度（此寬度不同于振幅，且不隨電場振動而變動），此寬度遠大于原子直徑，并且光量子傳播過程中的每個邊緣都平行等光程且能體現光量子在介質中傳播的所有特性，那么折射定律就可以做如下論證：

如圖2設想有一個光量子（任意的一個）以入射角，由介質1射向它與介質2的分界面上，光量子邊緣1到達介質分界面上，同時邊緣2到達，聯接，則即為光量子的傳播寬度且垂直邊緣1和邊緣2，設光在介質1中速度大于光在介質2中速度，當光量子邊緣1由進入介質2后速度突變為，邊緣2速度仍為，由于光量子傳播寬度的邊緣必須保持同等光程，于是光量子傳播方向向法線方向發生偏轉，當邊緣2經過時間到達介質分

圖2

界面上時邊緣1到達，又因為邊緣2速度和邊緣1速度之比為定值且光量子寬度不變，所以邊緣1的路徑和邊緣2的路徑是以延長線上某點為圓心的同心圓弧，且同等圓心角，所以延長線定過圓心。邊緣2經過后進入介質2速度突變為，與邊緣1變為同速，光量子傳播方向不再偏轉，邊緣1和邊緣2分別沿、上、點的切線方向傳播，可以看出光量子完全進入介質2后邊緣1和邊緣2依然平行。設邊緣1在介質2內以后的路徑上有一點，我們過點向下作法線的平行線并取這條線上下方一點，則垂直于介質分界面，且為光量子的折射角，設為，再過作分界面的垂線交與分界面于點。

在圖2中不難證明：和

又有

于是

，

由于相等圓心角的同心圓弧半徑之比等于弧長之比，又得到

于是我們得到

由此可見，對于任意一光量子的入射角與折射角的正玄之比為一常數，這樣我們便通過光量子寬度的假設用一個光量子導出了光的折射定律。

3在光的全反射現象中用光量子傳播寬度解釋

古斯--漢申位移、隱失波以及光的反射定律和折射定律光從光密介質射向光疏介質時，當入射角增大至某一數值時，折射光線消失，光線全部反射，這種現象稱為全反射，此時的入射角度稱為全反射臨界角。

如圖3，設想有一光量子以全反射臨界角入射，由介質2射向它與介質1的分界面上，設光在介質1中的速度大于光在介質2中速度，當光量子邊緣1到達介質分界面上時，邊緣2到達，聯接，則即為光量子的傳播寬度且垂直于邊緣1和邊緣2，當邊緣1通過進入介質1后速度突變為，邊緣2速度仍為，由于光量子傳播寬度的邊緣必須保持同等光程，于是光量子傳

圖3

播發生偏轉，當邊緣2經過時間到達分界面時，光量子邊緣1到達，因為邊緣1速度和邊緣2速度之比為定值且光量子寬度不變，所以、是以延長線上某點為圓心的同心圓弧，又由于為全反射臨界角，所以此時恰好與分界面相切與點，也就是說此時光量子邊緣1與邊緣2傳播方向都與分界面平行。此后光量子的傳播可能發生兩種情況：

1、發生反射，反射光線發位移

如果邊緣2速度沒有發生突變，就是說邊緣2恰好與分界面相切于介質2的界面上一點，則光量子傳播就會繼續偏轉，當邊緣1經過時間到達分界面上一點時，邊緣2到達，邊緣1經過點后重新回到介質2，速度又突變為，與邊緣2同速，光量子傳播方向不再發生偏轉。因為此前邊緣1速度和邊緣2速度之比為定值且光量子寬度不變，所以、同樣是以為圓心的同心圓弧，此后光量子的邊緣1和邊緣2分別沿著、上、點的切線方向直線傳播。此后的光量子路徑就相當于入射光線的反射光線路徑，由此我們可以看到反射光線相對于入射光線發生了從到的位移，并找出了發生位移的原因，通過光量子寬度的假設我們還可以求出位移的長度。

如圖3不難看出、同圓， 、同圓，我們再設光量子傳播寬度為。

由相等圓心角的同心圓弧半徑之比等于弧長之比，得到

不難看出垂直界面于點，于是有

又有

由以上三式我們得到

不難看出

所以在光以全反射臨界角入射并發生全反射時發生的位移長度為

此位移或許就是我們所說的古斯—漢申位移，如果是這樣我們便能通過光量子傳播寬度的假設在光的全反射現象中解釋發生古斯--漢申位移的原因并求出位移的長度。

2、發生折射，折射光線急劇衰減

如果此時邊緣2的速度發生突變，就是說邊緣2與分界面恰好切于介質1界面上一點時，邊緣2速度突變為，與邊緣1同速，則光量子傳播不再偏轉，邊緣1和邊緣2分別沿、在、點的切線方向傳播，且分別為折射光的兩個邊，而此時兩切線剛好平行于分界面，所以折射光平行于分界面，所以此時折射角為。一般來說我們做實驗所用的介質1與介質2的分界面不可能是一個嚴格的平面（這里嚴格是絕對的意思），所以邊緣2沿介質1的分界面表面傳播時一旦遇見分界面的凹點時就會再次進入介質2，速度突變為，使光量子的傳播再次發生偏轉，從而使光量子再次進入介質2傳播，折射光強度就會急劇衰減，但是由于凹點的位置及大小的隨機性較大，所以再次進入介質2的光很難再進行準確測量。

這里的折射光也許就是我們所說的隱失波，此時波的穿透深度可以用光量子的傳播寬度來表示。

3、光的反射定律的論證

在圖3中，不難看出

于是我們就不難求出

即反射角等于入射角，這樣在光的全反射現象中我們用光量子傳播寬度的假設用一個光量子論證了光的反射定律。

4、光的折射定律的論證

由于折射角等于，所以折射角的正玄值為1

于是

由圖不難看出

又有

由相等圓心角的同心圓弧半徑之比等于弧長之比，得到

于是得到

即入射角與折射角的正玄之比為一常數，這樣我們又通過光量子寬度的假設在光的全反射現象中用一個光量子論證了光的折射定律。

5、關于在反射過程中的半波損失的解釋

1、掠入射時，光從光密介質到光疏介質時反射光無半波損失的解釋。

在圖3中我們可以看到光量子邊緣1的實際路徑大于邊緣2的實際路徑，使得兩個邊緣出現路程差，但由于邊緣1的實際速度大于邊緣2的實際速度，使得邊緣1從傳播到與邊緣2從傳播到用的時間相等，也就是說光量子的兩個邊緣雖然路程不等但是光程相等。這里需要指出：在此論文以前我們通常計算的幾何光程沒有考慮到光量子的傳播寬度，但是要考慮的到光量子的傳播寬度，這種計算方法有時就是不準確的。光的實際光程要以光量子的遠邊的光程來決定。在研究光從光密介質到光疏介質時反射光時我們計算的幾何光程等于光邊緣2的光程也等于光的實際光程，然后再通過幾何光程計算預期的相位與觀測到的相位（也就是實際相位）相符，所以我們就說光的反射光沒有出現半波損失。

2、掠入射時，光從光疏介質到光密介質時反射光有半波損失的解釋。

如果在圖3中，介質1的絕對折射率大于介質2的絕對折射率，當光掠入射時，由于光量子的兩邊緣速度的差異，光量子本應該偏轉進入介質2，但是由于介質2內的一些性質（我也不知道什么性質）使得光并沒能進入介質2，反而被反射回介質1。（這種情況很難理解。）但是在這種情況下假設了光量子的傳播寬度將比較好理解反射光的半波損失。在反射過程中光量子邊緣1的實際路徑大于邊緣2的實際路徑，兩邊緣出現路程差，由于邊緣1在介質1中傳播速度突然變慢為（這里是在介質1的絕對折射率大于介質2的絕對折射率的前提下的），但是如果邊緣2的速度不發生突變仍為的話，的邊緣1和邊緣2將出現光程差，但是由于兩邊緣傳播的同時性，光程差將是不被允許的，這就意味這邊緣2必須降低到一個比更低的速度，也許只有這樣該光量子才能不過被吸收，而是被反射。（不要問我為什么會這樣，其實這就跟光從光疏介質入射到光密介質沒發生折射而是發生反射一樣不好理解，或許是由于光量子的某些微觀結構能夠識別介質1的某些性質而阻止了光量子的折射的發生，比如某一物體由于反射某一特定波長的光而呈現出特定顏色。）這樣以來，光的光程將變長并等于光邊緣1的實際光程，也等于變慢后的邊緣2的實際光程，但是大于我們通過以前的方法求得的幾何光程半個波長的時間。這時問題就出現了，由于我們求得的幾何光程小于光線的實際光程半個波長時間，然后再通過幾何光程計算預期的相位就會與觀測到的相位（就是實際相位）出現不符，但我們堅信這種計算方法沒有錯誤，于是我們就把這種現象描述為光經過反射后發生了相位躍變，同時反射光有半波損失。其實光并沒有發生波長損失，只是延遲了半個波長的時間。

3、任何情況下，透射光都沒有半波損失的解釋。

由圖1，光量子的光線邊緣1的實際路程小于邊緣2的實際路程，出現路程上的差異，但是邊緣2的實際速度大于邊緣1的實際速度，使得邊緣2從傳播到所用時間與邊緣1從傳播到所用時間相等，就是說兩邊緣路程雖然不等但是光程相等，我們通過以前方法求得的幾何光程等于光線邊緣1的幾何光程，就等于光的實際光程，通過幾何光程計算預期的相位與觀測到的相位（就是實際相位）相符，所以我們就說透射光沒有半波損失。

如果我的見解是符合實際的，那么很多像以上援引的光學現象將都比較好理解，并希望這一觀點能給一些研究工作者帶來一些方便。

另外，關于質量和能量如何扭曲時間的？

篇（11）

一、物理學與計算機的密切關系

電子計算機是因解決物理問題的需要而產生的，二次大戰期間為了快速計算彈道，被公認為世界第一臺電子計算機ENIAC于1946年研制成功[1]，萬維網的出現是因歐洲核物理學家們進行學術交流的需要而設計出來的。由此可見，計算機與物理學的關系是非常密切的，物理學的發展促成了計算機的產生與發展，計算機的出現是二十世紀最偉大的科學技術成就之一，它延伸了人們的思維能力，成功地解決了很多物理、數學等方面的難題，沒有計算機就不可能準確計算出火箭和衛星的軌道位置、就沒有今天的航天成就，計算機應用跨越各個學科，在工業技術、企業管理、情報信息處理、國民教育等領域引起深刻的變革，在今天幾乎沒有哪一個學科能夠離開計算機的應用。

作為孕育計算機誕生與發展的物理學，如果說早期物理學應用計算機主要解決人們的計算速度、強度的技術問題，那么到了今天，計算機已在更深刻的層次上促進物理學的發展，由于在物理學很多領域中能夠找到精確解的理論問題已經不多了，剩下的是大量的復雜的非線性問題，對這些問題的分析、預測和求解離開計算機，人們幾乎無能為力了。另外一個方面，在計算機出現之前，人們只能夠通過真實的實驗來驗證物理理論的正確性、工程中也往往需要耗費巨額資金做實驗來探測某些數據和驗證方案的可行性。而今天很多實驗可以通過計算機仿真實驗來完成，達到與真實的實驗完全相同的效果，成本低廉且安全環保，用計算機來進行科學實驗是科學技術史上革命性的變化。

物理學與計算機科學互相促進、共同發展的情況對我們今天的物理教學提出了更新更高的要求，物理學的教學內容、教學手段和教學方法必須與時俱進，適應新形勢的要求。

二、物理教學中結合計算機教學的一些思考

大學物理課內容很多，結合不同的專業，在保證教學大綱的基本要求的前提下，內容上作一些必要的取舍，針對計算機科學技術和應用等相關專業，教學內容上適應地向專業傾斜，使基礎課更好地為專業課服務，明確基礎課的服務目標，讓學生明了物理課程對后續專業課程的重要性，提高學習的積極性和主動性，以取得良好的學習效果，具體做法以下幾方面進行：

（一）精選典型物理問題用計算機編程求解

大學物理課程一般在大一的下學期和大二的上學期進行，而大多數專業的計算機程序設計課程也恰好在此階段展開，這就為物理課與計算機程序設計課相結合創造了有利條件。根據物理教學的不同階段，可以精選一些典型的物理問題用計算機編程進行數值求解。例如在力學部分講拋物運動時，先按教材講授忽略空氣阻力時的運動方程，求出精確解，然后補上空氣阻力二次項，方程就變成非線性的了，讓學生體驗含有空氣阻力時實際問題求解的難度，再介紹計算機數值計算的方法與思路，給出編程示范，作為綜合習題讓學生完成程序設計與調試，并與計算機程序設計課教師協商，程序調試可利用計算機上機課時間完成，通過這種方式，理論聯系實際，既培養鍛煉了學生解決實際問題的能力，又提高了學生學習物理課和學習計算機程序設計課雙方面的積極性。又例如在振動學章節用計算機演示單擺大角度強迫振動的混沌效應；在熱力學章節用計算機模擬二維布朗粒子運動；在電磁學章節用計算機編程求解一般位置的電場和磁場分布情況，像載流圓形線圈，根據畢粵--薩伐爾定律和對稱性，教材上只給出了求線圈軸線上點的磁感應強度，但對其它位置的磁場分布情況計算就很難了，因此可在課堂上簡單介紹計算機積分法，要求學生在此基礎上利用計算機完成求解圓形電流非軸線上點的磁場分布情況，鞏固和加深對物理定律及其適用范圍的理解與把握，學習和體會計算機編程的方法與技巧。 轉貼于

通過精選少量典型物理習題利用計算機編程進行數值求解，以小論文或綜合作業的形式布置練習，具體實施中充分征求計算機相關教師的意見并請求協助和參與實施，加強不同學科、不同課程之間的交流與協作，達到事半功倍的雙贏的教學效果，充分體現大學物理課的基礎地位與作用，體現計算機對物理學習和研究的重要性，知道這兩門課程關系如此密切，學習的認真態度和積極性自然就得到了加強和提高。

（二）部分物理實驗利用計算機仿真課件來進行