结构化学第一章量子力学原理.ppt

对于尘埃的位置测不准量与速度测不准量来说，h是一个很小的数字，因此其不确定性可忽略。 而对于原子中的电子的位置测不准量与速度测不准量来说，h是一个很大的数字，因此其不确定性不可忽略。 微观粒子的基本特征 Heisenberg不确定原理：具有波动性的粒子 不能同时有确定的坐标和动量。 某些物理量的量子化：不连续变化的物理量 波粒二象性(微观粒子的波动性) Pauli不相容原理：微观粒子的自旋运动。 量子力学的基本假设和粒子的运动规律 假定Ⅰ:微观粒子系统的状态可以用波函数Ψ来描述。 假定III：微观粒子系统的运动方程由薛定谔方程来描述 假定 II：态叠加原理 基本假定IV：力学量与算符 原子，分子中的电子运动 （1）了解黑体辐射问题，光电效应和玻尔的原子结构理论，以及量子理论的产生。 （2）理解量子化、波动性、测不准关系等概念的物理意义，理解微观粒子的波粒二象性和物质波统计解释的物理意义。 （3）理解量子力学的四个基本假设，并学会如何用量子力学的基本概念和原理去研究和理解微观粒子运动状态。 （4）通过一维势阱的处理，理解利用量子力学来研究微观系统的方法和自由粒子的基本特征。 量子力学基础 粒子的波粒二象性是粒子运动状态的统计结果。也就是说，我们观测到粒子的波粒二象性，大量粒子的统计平均行为的表现或表象或结果。 而不是单粒子单次的行为。 可以是大量粒子某个时刻的统计行为，也可以单个粒子长时间的统计行为。 如同，这里看到的衍射同样，可以是一束（大量）等动量电子的单晶衍射图样，也可以单个电子无数次或长时间记录或累计的得到单晶衍射图样（理论上）。 微观粒子的研究方法,波函数,波动方程. 这就是求解薛定谔方程的所有结果. 得到了能级,波函数,概率分布特征. 量子论的诞生只是意味着微观领域的现象需要用基于量子论来解释，而宏观领域的现象还是可以继续用经典理论。 当然，一个全新的理论或假设总是短时间内让人难以接受。毕竟，经典理论经过很长时间的、大量的验证。 实际上，光子学说对光电效应的解释就更进一步说明量子论的正确性。 随着近代化学的发展，人们对微观粒子的认识越来越深入，不再停留在原子论与分子论的水平，开始逐渐深入认识原子的结构。对于原子结构的研究，主要基于光谱。 光谱研究原子的结构及其规律常用的实验方法，但是当时对于原子的结构有什么样的认识？ 20世纪，当时有关原子的结构的知识是： 原子由电子和带正电的部分组成。 原子为电中性。 电子的质量比原子的质量小得多，如氢原子中电子的质量仅为氢原子的1/1837。 原子中的电子运动状态的量子化。 能量的量子化 能量量子化观念 光的量子化---光量子，也间接地指出了，光的波粒二象性。 这一时期主要是提出一些量子化的概念与假设，但是还没有形成系统的量子力学理论。 Points not a real theory. 微观实物粒子的特性。前面我们知道了能量量子化，光量子，原子中的电子运动特征/运动状态的量子化。那么微观粒子到底具有什么什么样的特征呢？我们只有知道或是说确定其主要特性之后，才能去确定用什么规律/方法来描述其运动规律。前面，我们在学习光量子论时，我们实际上已经可以得出光的波粒二象性了。下面我们先看看光的特性。 托马斯·杨(Thomas Young,1773～1829)，著名物理学家光的波动学说的奠基人之一。 1800年, 托马斯·杨在英国皇家学会上宣读了关于光和声的实验与研究提纲的论文,文中指出光与声都是波,光是以太介质中传播的纵振动;不同颜色的光与不同频率的声音是相类似的。 1801年，他在英国皇家学会上宣读了关于薄膜色的论文。论文进一步扩充和发展了惠更斯的波动说，明确地提出了光具有频率和波长，完善了光波的概念。他比较圆满地解释了牛顿环的干涉现象，认为“当有不同起源的两个振动运动或者完全相同，或者在方向很接近时，那么它们的共同作用等于它们每一个振动单独所发生的作用之和。”这在实际上已经提出了光的相干条件及干涉原理。  菲涅耳(1788～1827)是法国土木工程兼物理学家。从1814年起，他明显地将注意力转移到光的研究上。菲涅耳在1823年被选为法国科学院院士。1825年被选为英国皇家学会会员。 菲涅耳的科学成就主要有两方面。一是衍射，他以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯－菲涅耳原理。他的实验具有很强的直观性、明锐性，很多现在仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏，如：双面镜干涉、波带片、菲涅耳镜、圆孔衍射等。另一成就是偏振：他与阿喇戈（阿拉戈）一起研究了偏振光的干涉，肯定了光是横波(1821)；他发现了圆偏振光和椭圆偏振光(1823)，用波动说解释了偏振面的旋转；他推出了反射定律和折射定律的定量规律，即菲涅耳公式；解释了E.－L.马吕斯的反射光