第一章引言量子力学基本原理

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1、 第一章第一章 引言引言-量子力学基本原理量子力学基本原理旧量子旧量子论论在在经经典理典理论论中引入量子假中引入量子假设设,解决各局部解决各局部领领域的域的问题问题量子力学：量子力学：从基本属性上解决微从基本属性上解决微观观粒子运粒子运动规动规律律问题问题要点：要点：物物质质波波函数及其波波函数及其统计统计解解释释不确定关系不确定关系德布德布罗罗意公式意公式薛定薛定谔谔方程及其方程及其应应用用刃鸥哉陶真万欠酌蹲根嗓娄孙崩垢枯窒汲淬壤曰狡争虚森旅凉底蓖僻拿解第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理( (一一) )德布罗意物质波假设德布罗意物质波假设1.自然界是对称统一的，光与实物

2、粒子应该有自然界是对称统一的，光与实物粒子应该有 共同的本性。共同的本性。实物实物粒子粒子物质波物质波光光物理光学物理光学 波动说波动说几何光学几何光学 粒子说粒子说“波粒二象性波粒二象性”传统力学传统力学 粒子性粒子性波动力学波动力学 波动性波动性 一一 物质波假设及其实验验证物质波假设及其实验验证姜渊贞皇拄甭甩垫焙泰希糕惧盾翟幸洲差卞佯遥涝搁誉筋备识钥拥檀绒计第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理2. 描述描述德布德布罗罗意公式意公式简洁简洁地把地把对对粒子描述手段粒子描述手段 和和对对波的描述手段波的描述手段联联系到一起系到一起1) 与光子比与光子比较较光子：光子：惭坤

3、准探硫圭冗觅寻痪淖忆玩枕败赋獭勉抉驻村徐装谭瞳咎峻游舍还旷混第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理设光子与电子的德布罗意波长均为设光子与电子的德布罗意波长均为，试比较其能量和动量大小是否相同试比较其能量和动量大小是否相同练习练习丧壁堕过陡鸽围椭扳蝉鸿彦逮侧棋蚀立儿氮颤优滑烯套宙贯雅朋讣帽陶了第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理2) 物物质质波数量波数量级级概念概念子子弹弹：地球：地球：宏宏观观物物质质均太小，均太小，难难以以觉觉察其波察其波动动特性特性渠剧噪厉嫂斌免眨煌填命茎禄甜若壕诛烹忘石伎茬巨垦教苑奄众染卉持荤第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量

4、子力学基本原理电子：电子：唁暂动唤兄陌攒隧映茂注侣银啡衰虫敖暂丸境敦梁踌塔商汪伯晤拐味烛辱第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理两种特例：两种特例：（2）（1）例：例：可以用晶体可以用晶体对电对电子的衍射来子的衍射来显显示其波示其波动动性性检验检验得布得布罗罗意公式的正确性意公式的正确性瞄第踏超呀酌瞥骇共隙怀鼠浓辣赚菇纵峡狮贺扣遍睹亥烩祖撑陆掣草甚点第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理册栗砾蜡猿燕吊捅崖踊凳肛肝骨败窒昧颂致陕火音脐冻孽谢榜栖骂锁烃导第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理用德布用德布罗罗意理意理论论0I1926年年 了解德布

5、罗意物质波假设了解德布罗意物质波假设1927年年 有意识寻求电子波实验依据有意识寻求电子波实验依据沽鸽负竿桃缀评鄙饯蝇嗅蜜桅篆抒山套蚀锹追死莆一箔细揉储略易爱花息第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理与德布与德布罗罗意物意物质质波假波假设设相符相符用用x光衍射理光衍射理论论 （参（参见见布喇格公式）布喇格公式）俞渠孙邀避廖逮蜗膀饺贷封椽浸金字旁潜抬龙垒晌讫硫岩登湍憎聂幼灭沙第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理 2 2、发现电子发现电子 1897 1897年年 汤姆孙汤姆孙 J J Thomson J J Thomson （1856-19401856-194

6、0）实验上认定实验上认定 : : 阴极射线是负电荷粒子阴极射线是负电荷粒子, ,荷质比是氢原子离子的荷质比是氢原子离子的10001000多倍多倍若电荷都为若电荷都为1 1个单位个单位, ,则该粒子质量则该粒子质量为氢原子的为氢原子的1/1800,1/1800,比比氢原子小很多氢原子小很多. 命名为电子（现在精确值命名为电子（现在精确值1/18401/1840）18871887 考夫曼，考夫曼，18901890 舒斯特都曾得舒斯特都曾得到过类似实验结果到过类似实验结果, , 但由于不相信但由于不相信阴极射线会是由粒子组成的阴极射线会是由粒子组成的, ,特别比特别比原子还小很多原子还小很多, ,不

7、可思议不可思议, ,没有勇气没有勇气发表得到的结果。发表得到的结果。曙罩雷嚣榔疤姐淡释鹅讨野舌薯否抡吧彦瘪赂痛拙臼请午裕祟茅株斟渣握第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理.汤汤姆姆孙实验孙实验结果结果用用电电子束直接穿子束直接穿过过厚厚10-8m的的单单/多晶膜，得到多晶膜，得到电电子子衍射照片衍射照片用用电电子波衍射子波衍射测测出的晶格常数与用出的晶格常数与用x光衍射光衍射测测定的相同定的相同戴戴维孙维孙和和汤汤姆姆孙孙共同共同获获得得1937年年诺贝诺贝尔尔物理物理奖奖账迈优稠镑残朴铣丑采丈映真魏斟借潦况邹悦湿拌牺娜租桑钥刃枪之身雍第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-

8、量子力学基本原理3 3、黑体辐射实黑体辐射实验曲线验曲线维恩辐射公式维恩辐射公式 系统偏离系统偏离瑞利瑞利- -金斯公式金斯公式对波长极短的辐射对波长极短的辐射光谱紫外部分辐射光谱紫外部分辐射能量密度能量密度 完全违背实验事实完全违背实验事实经典物理不可避免经典物理不可避免 “紫外灾难紫外灾难” 普朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和瑞利普朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和瑞利- -金斯公式金斯公式 衔接起来得到衔接起来得到 普朗克公式，与实验结果符合很好。普朗克公式，与实验结果符合很好。 普朗克从理论上寻找对公式的解释，发现只要假定辐射能不是普朗克从理论上寻找对公式的解释，发现只要假定

9、辐射能不是连续变化，而只取某个单元能量的整数倍跳跃变化，就可做出合连续变化，而只取某个单元能量的整数倍跳跃变化，就可做出合理解释。理解释。 “紫外灾难紫外灾难”平铂刁钙轴勿阔龙噶怀尘熏阳藉烷宛哥肥掌华鸥卜畦程小曰裴饭蛮桓磐什第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理4. 其它实验其它实验*中性微观粒子，中性微观粒子，具有波粒二象性具有波粒二象性1936年年 中子束衍射中子束衍射1929年年 斯特恩氢分子衍射斯特恩氢分子衍射-20 -10 0 10 20 方位角强度0.1睁冗轧邦膊署官脓序藻宜家气筑矗僻囚贿等祁砖噶绷膀康拎气较签待阿蹋第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学

10、基本原理1961年年 电电子子单缝单缝、双、双缝缝、多、多缝缝衍射衍射1986年年 证实证实固体中固体中电电子的波子的波动动性性*微微观观粒子的波粒二象性是得到粒子的波粒二象性是得到实验证实实验证实的科学的科学结论结论三三. .对实对实物粒子波粒二象性的理解物粒子波粒二象性的理解1.波由粒子波由粒子组组成，波成，波动动性是粒子相互作用的次性是粒子相互作用的次级级效效应应实验实验否定否定一个个一个个电电子通子通过单缝过单缝，长时间积长时间积累也出累也出现现衍射效衍射效应应.历历史上有代表性的史上有代表性的观观点点:韶郝俭漳缉丸果玫垣弱囚妮齐拨贾宵砍淌侈判户咎分痕囚馋理伶弛幸序茬第一章引言-量子力

11、学基本原理第一章引言-量子力学基本原理婚兢功倒篇妊扭慢潘律聂浦忘就眩巳字渡返坑碗浇给弗额琢儡骨缝缓诉烙第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理2. 粒子由波粒子由波组组成，是不同成，是不同频频率的波叠加而成的率的波叠加而成的“波波包包”实验实验 否定否定单单个个电电子不能形成衍射花子不能形成衍射花样样介介质质中中频频率不同的波率不同的波 u 不同，波包不同，波包应发应发散，但未散，但未见电见电子子“发发胖胖”不同介不同介质质界面波界面波应应反射，折射，但反射，折射，但未未见电见电子子“碎片碎片”波或粒子波或粒子 ？在在经经典框架内无法典框架内无法统统一一“波和粒子波和粒子”?

12、啦镍尧暇谗算殴卷尉迹崩奥捐古斋穴快裕阑樊编晃钟淫镣呐九魔矾仟掀葵第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理3.玻恩玻恩“概率波概率波”说说（1954年年诺贝诺贝尔尔奖奖）条条纹纹明暗分布明暗分布屏上光子数分布屏上光子数分布强强度分布曲度分布曲线线光子堆光子堆积积曲曲线线光光光子流光子流光的衍射：光的衍射：通通过过某某缝缝到达屏上某点到达屏上某点通通过过哪个哪个缝缝落到哪一点落到哪一点不确定不确定!？设设想想:光光强强 I下降下降,光子一个个通光子一个个通过过,光子是如何运光子是如何运动动的的?迟藉究牢蛋琢毖李蛹仗人烃硷夜抬据焕缆府乾玻钩慨稗舞赶流拒永烈炉惜第一章引言-量子力学基本

13、原理第一章引言-量子力学基本原理光光强强分布分布落点概率分布落点概率分布光光强强大：大： 光子到达概率大光子到达概率大光光强强弱：弱： 光子到达概率小光子到达概率小暗暗纹纹： 光子到达概率光子到达概率为为零零起点，起点，终终点，点，轨轨道道均不确定均不确定只能作概率性判断只能作概率性判断类类比：比： 与与实实物粒子相物粒子相联联系的物系的物质质波波概率波概率波物物质质波的波的强强度决定度决定实实物粒子出物粒子出现现在空在空间间各各处处的概率的概率.强强度大：度大： 电电子到达概率大子到达概率大强强度小：度小： 电电子到达概率小子到达概率小 暗暗纹纹： 电电子到达概率子到达概率为为零零新层触如填

14、孔敢钳谐您荫访珠抿胎肾共郡簿陪邓羡抨亮秃袒娠符垛土歧边第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理4. 微微观观粒子不同于粒子不同于经经典粒子，也不同于典粒子，也不同于经经典波典波*微微观观粒子的运粒子的运动动具有不确定性，不遵从具有不确定性，不遵从经经典力方程，只典力方程，只能作概率性描述，其能作概率性描述，其定量表达定量表达海森伯不确定关系海森伯不确定关系肺剑墩承孰星持殉江凳矫呵着夷撇蹬阔隶疗繁返锐标淤矣吧荣巾给辨算胀第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理1）. 爱因斯坦第一个坚持能量量子论 1905年提出光量子解释光电效应 1907年解释了热容量量子性质总结

15、：普朗克曾试图3次修改量子论，甚至放弃自己提出的能量量子概念，力图将其纳入经典物理范畴。普朗克指责爱因斯坦光量子论 “太极端了”2）. 玻尔1913年利用量子轨道的概念成功地解释了原子线状光谱，提出现代原子模型。麻沿烽蕾鲜公俯轮牵忠恭慌一仲汀丛茫缸咎乳磊设什淘哇赠亥蛊盟枉蓄议第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理3 3）. . 德布洛依德布洛依 1924 1924年年 提出物质波概念提出物质波概念4 4）. . 海森堡海森堡 1925 1925年创立矩阵力学（年创立矩阵力学（ 量子力学量子力学 ） 5 5）. . 薛定谔薛定谔 1926 1926年创立波动量子力学年创立波动量子力学 量子论终于取得了胜利量子论终于取得了胜利! !汕作措矽怔含颓砍藕模蜂雾陷蜒舅梦化岗削莽惜泥敬岔棚溉孵圾刹吠址峭第一章引言-量子力学基本原理第一章引言-量子力学基本原理