量子力学（第一章）周世勋电子教案.pptVIP

* * 目 录 第一章 绪 论 第二章 波函数和薛定谔方程 第三章 量子力学中的力学量 第四章 态和力学量的表象 第五章 微扰理论 第六章 散射（碰撞） 第七章 自旋与全同粒子 第八章 量子力学若干进展 RETURN * 一 、量子物理学的范围及其与经典物理学的关系 第一章 绪 论 二 、量子物理学产生的历史背景 三 、量子力学的应用简介 RETURN * 一 、量子物理学的范围及其与经典物理学的关系 第一章 绪 论 经典物理： 描述宏观物理现象，只涉及体系行为的某些总的特征。 量子物理： 描述微观物理现象。主要研究微观粒子的行为，如原子、中子、电子等的运动规律。 经典物理学定律是量子物理学定律的极限形式。量子物理学规律是自然界中最普遍的定律之一。 RETURN * 二 、量子物理学产生的历史背景 （一）几个主要的经典物理学问题 （二）经典物理学的困难与量子物理学的诞生 1. 黑体辐射问题 2. 光电效应问题 3. 康普顿（Compton）效应 4. 原子结构及其光谱问题 RETURN * 二 、量子物理学产生的历史背景 （一）几个主要的经典物理学问题 19世纪末、20世纪初经典物理学理论发展到相当完善的地步，一般的物理现象都可归结于经典物理学理论。 1. 行星运动——牛顿力学 2. 热运动——热力学与玻耳兹曼统计等理论 3. 电磁运动——麦克斯韦方程组 RETURN * （二）经典物理学的困难与量子物理学的诞生 1. 黑体辐射问题 一个能全部吸收投射在其上面的辐射而无反射的物体称为绝对黑体，简称黑体。 能量密度 ? /10-4 cm 0 5 10 热平衡时，只与黑体的绝对温度 T 有关而与黑体的形状和材料无关。 * （1）维恩（Wien）经验公式 高频部分与实验相符。 （2）瑞利-金斯 (Rayleigh-Jeans) 公式 低频部分与实验相符； 紫外发散困难：?? ? 时， 实验 瑞利-金斯 维恩理论值 T=1646T 理论与实验发生巨大矛盾？ * （3）普朗克（Planck）公式 普朗克 假说（1900年）： 黑体分子（原子）可视为线性谐振子，以 h?（能量子）为能量单位不连续地发射和吸收辐射能量（h称为普朗克常量） 普朗克Max Planck (1858 - 1947) 因发现能量子荣获1918年诺贝尔物理学奖 普朗克公式： * 低频极限： 高频极限： 意义：①解决了物理学中的紫外实验困难问题 ②统一了维恩和瑞利 - 金斯公式 ③提出能量量子化的概念,奠定了量子理论基础 RETURN * 2. 光电效应问题 光电效应：光照射到金属表面上时，有电子从金 属表面上逸出的现象。 ①光的频率大于某一定值（遏止频率）时，才有光电子逸出，与光强无关。 ②光电子能量仅与光的频率有关，且成线性关系，与光强无关。光强只影响光电子数目。 ③当光的频率大于遏止频率时，不管光多么微弱，光电子在光照的瞬间（?10-9s）就会逸出。 经典理论的困难： 光的能量决定于光的强度即波幅,与频率无关。 * 爱因斯坦理论： 单色光的能量是成包的，每包大小为h?，当光照射金属表面时，这能量全部传给金属中的电子。电子用此能量来克服金属表面对它的束缚做功，剩余部分便是电子离开金属表面后的动能。 因发现光电效应和对理论物理学的贡献荣获1921年诺贝尔物理学奖 爱因斯坦 Albert Einstein (1879 -1955) * 光电方程 vm - 电子脱离金属表面后的速度 me - 电子质量, W0- 金属脱出功 其中： RETURN * 3. 康普顿（Compton）效应 康普顿效应：高频X射线经物质散射后，散射光 波长随散射角增加而增大的现象。 石墨体 X射线谱仪 经典理论困难：光被散射后波长不变。 * 康普顿假设： 波长随散射角增加而增大是X射线的光子与电子碰撞的结果。 q j c h n mv x - c h n 康普顿 A. H.Compton (1892 -1962） 因发现康普顿效应 荣获1927年 诺贝尔物理学奖 * 根据能量守恒： 根据动量守恒： （ ） 解之： 注意到： * 则： 电子康普顿散射波长 结论： 或 其中： ①光是由光子组成，能量是量子化的; ②微观碰撞事件中能量、动量守恒 。 意义： RETURN * 4. 原子结构及其光谱问题 实验：（1）原子是稳定的； （2）氢原子