第一章(量子力学)概述.pptx

0 §1 经典物理学的困难 §2 光的波粒二象性 §3 原子的线光谱和原子结构理论 §4 微粒的波粒二象性 §5 总结及作业 1 §1 经典物理学的困难 黑体辐射问题 光电效应问题 原子的线状光谱和原子结构问题 固体在低温下的比热问题 上页 下页 退出 返回 1.1 经典物理学的困难 2 §1 经典物理学的困难 旧量子论（1900-1924） 以普朗克、爱因斯坦、波尔为代表 量子论（1924年建立） 以德布罗意、薛定谔、玻恩、 海森堡、狄拉克为代表 上页 下页 退出 返回 1.2 量子力学的两个发展阶段 §2 光的波粒二象性 2.1光的双缝衍射实验 §2 光的波粒二象性 2.1光的双缝衍射实验 §2 光的波粒二象性 2.2 黑体辐射源 §2 光的波粒二象性 2.2 黑体辐射公式 维恩公式： 普朗克公式： 瑞利-金斯公式： §2 光的波粒二象性 2.3 光电效应 由1887年德国物理学家赫兹发现， 证实光具有粒子性 §2 光的波粒二象性 2.4 康普顿效应 于1923年被美国物理学家康普顿发现， 进一步证实光具有粒子性 。 §2 光的波粒二象性 2.4 康普顿效应 X--射线被轻元素如白蜡、石墨中的电子散射后出现的效应。 （1）散射光中，除了原来X光的波长λ外，增加了一个新的波长为λ的X光，且λ λ； （2）波长增量Δλ=λ–λ ，随散射角增大而增大。这一现象称为 Compton 效应。 §2 光的波粒二象性 2.5 光的波粒二象性解释 普朗克的量子化假说和爱因斯坦的光子假说构成了量子力学的基石。 12 §3 原子的线光谱和原子结构理论 氢原子结构 13 §3 原子的线光谱和原子结构理论 14 §3 原子的线光谱和原子结构理论 巴耳末公式: 里德伯公式: 15 §3 原子的线光谱和原子结构理论 巴耳末公式: 里德伯公式: 玻尔假定 Bohr 在他的量子论中提出了两个极为重要的概念，可以认为是对大量实验事实的概括。 1.原子具有能量不连续的定态的概念。 2.量子跃迁的概念.     量子化条件的推广 由理论力学知，若将角动量 L 选为广义动量，则θ为广义坐标。考虑积分并利用 Bohr 提出的量子化条件，有 索末菲将 Bohr 量子化条件推广为推广后的量子化条件可用于多自由度情况， 这样索末菲量子化条件不仅能解释氢原子光谱，而且对于只有一个电子（Li，Na，K 等）的一些原子光谱也能很好的解释。   量子化条件的推广 由理论力学知，若将角动量 L 选为广义动量，则θ为广义坐标。考虑积分并利用 Bohr 提出的量子化条件，有 索末菲将 Bohr 量子化条件推广为推广后的量子化条件可用于多自由度情况， 这样索末菲量子化条件不仅能解释氢原子光谱，而且对于只有一个电子（Li，Na，K 等）的一些原子光谱也能很好的解释。   玻尔量子论的局限性 1. 不能证明较复杂的原子甚至比氢稍微复杂的氦 原子的光谱； 2. 不能给出光谱的谱线强度（相对强度）； 3. Bohr 只能处理周期运动，不能处理非束缚态问题，如散射问题； 4. 从理论上讲，能量量子化概念与经典力学不相容。多少带有人为的性质，其物理本质还不清楚。 玻尔量子论首次打开了认识原子结构的大门，取得了很大的成功。但是它的局限性和存在的问题也逐渐为人们所认识。 §4 微粒的波粒二象性 德布罗意 (de Broglie) 假设; 德布罗意波; 德布罗意波的实验证明。 Planck-Einstein 的光量子论，光具有波动粒子二重性， 以及Bohr的量子论，启发了de. Broglie， （1）仔细分析了光的微粒说与波动说的发展史； （2）注意到了几何光学与经典力学的相似性， 1924年11月27日，在《关于量子力学的研究》中，提出了实物粒子（静质量 m 不等于 0 的粒子）也具有波动性。也就是说，粒子和光一样也具有波动-粒子二重性，二方面必有类似的联系。 一、德布罗意假设 假定：对于一定能量 和动量 的实物粒子，相联系的 波称之为“物质波”,其能量与频率、动量与波长 满足关系： 二、德布罗意波 1、德布罗意波的提出 物质波不是通常的波，它产生于任何运动的物质，具有客观实在性。它能在绝对真空中传播，因此不是机械波；它产生于所有的物体，包括不带电的物质，因此不是电磁波。   德布罗意公式 2、德布罗意波公式     3、德布罗意波的波长公式     -------德布罗意波长   则用经典力学来处理； 则用量子力学来处理。