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1、大学物理教学大学物理教学 51. 51.量子力学基量子力学基础础-2-2第第15章章 量子力学基础量子力学基础-实物粒子也具有波动性实物粒子也具有波动性 物质波物质波(德布罗意波德布罗意波)因因h极其微小极其微小, , 宏观物体的波长小得难以测量，故宏观物体的波长小得难以测量，故仅仅体现出粒子性体现出粒子性。戴维逊戴维逊革末电子衍射实验革末电子衍射实验汤姆逊实验汤姆逊实验实验验证实验验证 不确定关系不确定关系(测不准关系测不准关系) 在某确定方向上在某确定方向上(如如x方向方向)粒子的位置不确定量粒子的位置不确定量 x与与同一时刻同一时刻其其动量的不确定量动量的不确定量 Px之间存在以下关系：
2、之间存在以下关系：不确定关系式一般用于估算。不确定关系式一般用于估算。对对y、z方向有类似的表达式。方向有类似的表达式。l同一微观粒子，其坐标和动量不能同时被准确测定（波粒二象性）。同一微观粒子，其坐标和动量不能同时被准确测定（波粒二象性）。222:08:19 波函数的性质波函数的性质粒子在整个空间出现的粒子在整个空间出现的概概率率是是100%. 4）归一性）归一性 1）单值性）单值性 2）连续性）连续性 3）有限性）有限性 波函数的标准化条件波函数的标准化条件非自由粒子的波函数怎么写？非自由粒子的波函数怎么写？自由粒子的波函数自由粒子的波函数由解由解薛定谔方程得到。薛定谔方程得到。问题：问题
3、：状态状态经典粒子：经典粒子：922:08:19薛定谔薛定谔( (Erwin Schrdinger 1887-1961）1933年薛定谔获诺贝尔物理学奖。年薛定谔获诺贝尔物理学奖。薛定谔方程薛定谔方程其中，其中，薛定谔在他的第一篇论文中，提到了德布罗意的博士论文对他的薛定谔在他的第一篇论文中，提到了德布罗意的博士论文对他的启示。他写道：启示。他写道：“我要特别感谢路易斯我要特别感谢路易斯德布罗意先生的精湛论文，是它德布罗意先生的精湛论文，是它激起了我的这些思考和对激起了我的这些思考和对相波相波在空间中的分布加以思索。在空间中的分布加以思索。” 四、四、 薛定谔方程薛定谔方程(波函数随时空变化所
4、满足的方程波函数随时空变化所满足的方程. 1926年年,薛定谔薛定谔,奥地利奥地利)1022:08:19生命是什么生命是什么（What is life ）(奥奥)埃尔温埃尔温.薛定谔薛定谔(Schrodinger, Erwin)著，著， 罗来鸥，罗辽复罗来鸥，罗辽复 译译 ，长沙长沙 湖南科学技术出版社湖南科学技术出版社 2003索书号索书号 Q7-49 2 中文自科阅览室中文自科阅览室 综合图书借阅室综合图书借阅室本书据本书据Cambridge University Press 2000年英文版译出年英文版译出 该书是该书是20世纪的伟大科学经典之一。作者从信息学的角度提出了遗世纪的伟大科学
5、经典之一。作者从信息学的角度提出了遗传密码的概念；从量子力学的角度论证了基因的持久性和遗传模式长期传密码的概念；从量子力学的角度论证了基因的持久性和遗传模式长期稳定的可能性；提出了生命以稳定的可能性；提出了生命以“负熵为生负熵为生”，从环境中抽取，从环境中抽取“序序”来维来维持系统的组织概念。本书分三部分：第一部分持系统的组织概念。本书分三部分：第一部分生命是什么生命是什么，第二部，第二部分包括有关意识和物质的讨论的分包括有关意识和物质的讨论的6篇论文篇论文,书末附了薛定谔本人在书末附了薛定谔本人在1960年写年写的自传。的自传。 生命是什么生命是什么? 活细胞的物理学观活细胞的物理学观 奥奥
6、埃尔温埃尔温薛定谔著薛定谔著 99页页 索书号索书号 N02 1 上海人民出版社上海人民出版社 1973 中文自科阅览室中文自科阅览室 据剑桥大学出版社据剑桥大学出版社1948年英文版译出年英文版译出 有两个年轻人被其魅力所倾倒，走上了探索生命之路。这两人一个叫有两个年轻人被其魅力所倾倒，走上了探索生命之路。这两人一个叫华生，另一个叫克里克，便是后来发现基因（华生，另一个叫克里克，便是后来发现基因（DNA）的双螺旋结构的那）的双螺旋结构的那两人。两人。1122:08:19 1. 自由粒子薛定谔方程的引入自由粒子薛定谔方程的引入求导得求导得自由粒子波函数自由粒子波函数自由粒子的自由粒子的薛定谔方
7、程薛定谔方程2. . 推广到势场推广到势场V(x,t)中的粒子中的粒子四、四、 薛定谔方程薛定谔方程(波函数随时空变化所满足的方程波函数随时空变化所满足的方程. 1926年年,薛定谔薛定谔,奥地利奥地利)可进一步推广到三维情况。可进一步推广到三维情况。1222:08:19薛定谔方程薛定谔方程:动能项动能项势能项势能项1）此方程是量子力学的基本假设之一，不能从理论上）此方程是量子力学的基本假设之一，不能从理论上 证明，其正确性只能由实验检验。证明，其正确性只能由实验检验。2）方程适用范围：粒子的）方程适用范围：粒子的vV0的粒子，能的粒子，能越过势垒。越过势垒。2.E V0的粒子，能的粒子，能越
8、过势垒。越过势垒。2.E V0的粒子，的粒子， 也存在被弹回也存在被弹回1区的概率。区的概率。 反射波反射波2. E V0的粒子，也可能越过势垒由的粒子，也可能越过势垒由1区到达区到达3区。区。 隧道效应隧道效应穿透概率穿透概率（2）一维一维势垒势垒( (隧道效应隧道效应) )1 2 3势势垒垒2922:08:19狮子的能量狮子的能量大于大于V才能才能出来！出来！不好，狮子不好，狮子出来啦！出来啦！经经典典理理论论量量子子理理论论救命救命VV3022:08:19金属样品金属样品电子云电子云Vb 微小电压微小电压3) 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜(STM)Scanning Tunneling M
9、icroscopys隧道电流隧道电流 I1.测样品表面：控制测样品表面：控制s，使，使I 保持恒定；保持恒定；2.分辨样品表面离散的原子，分辨能力强分辨样品表面离散的原子，分辨能力强横向横向0.1nm ，纵，纵向向0.01nm，电子，电子显微镜显微镜（0.30.5nm）3.移动原子（移动原子（1990年用年用35个个Xe原子在原子在 Ni表表面拼缀出面拼缀出 IBM ）。）。(1981年IBM公司)电子云重电子云重 叠叠图象放大：图象放大：108倍倍分辨本领：分辨本领：10-10m31STM拍摄的硅表面的原子结构拍摄的硅表面的原子结构3215:29:45石墨晶体表面原子的石墨晶体表面原子的ST
10、M照片照片33移动原子34宾尼、罗赫尔宾尼、罗赫尔和和鲁斯卡鲁斯卡三人分享了三人分享了1986年度年度的诺贝尔物理奖。的诺贝尔物理奖。 前两人是前两人是扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜的直接发明者，第三人是的直接发明者，第三人是1932年年电子显微镜电子显微镜的发明者，这里是为了追溯他的功劳。的发明者，这里是为了追溯他的功劳。罗赫尔罗赫尔宾尼宾尼鲁斯卡鲁斯卡 7min35 7min2012年03月15日 1986年诺贝尔物理学奖获得者Heinrich Rohrer 教授访问引力实验室参加实验室学术报告参观实验现场并进行学术交流36作业：作业： Chap.15T9T11(习题册上习题册上)课后教案将发到公共邮箱课后教案将发到公共邮箱 , 不在课间拷贝。不在课间拷贝。37结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！38
