引言-量子力学基本原理

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1、第一章引言---量子力学基本原理旧量子论在经典理论中引入量子假设,解决各局部领域的问题量子力学：从基本属性上解决微观粒子运动规律问题要点：物质波波函数及其统计解释不确定关系德布罗意公式薛定谔方程及其应用(一)德布罗意物质波假设1.自然界是对称统一的，光与实物粒子应该有共同的本性。实物粒子物质波光物理光学——波动说几何光学——粒子说“波粒二象性”传统力学——粒子性波动力学——波动性一物质波假设及其实验验证2.描述德布罗意公式简洁地把对粒子描述手段和对波的描述手段联系到一起1)与光子比较光子：设光子与电子的德布罗意波长均为

2、λ，试比较其能量和动量大小是否相同练习2)物质波数量级概念子弹：地球：宏观物质λ均太小，难以觉察其波动特性电子：两种特例：（2）（1）例：可以用晶体对电子的衍射来显示其波动性检验得布罗意公式的正确性用德布罗意理论0I1926年了解德布罗意物质波假设1927年有意识寻求电子波实验依据与德布罗意物质波假设相符用x光衍射理论（参见布喇格公式）2、发现电子1897年汤姆孙JJThomson（1856-1940）实验上认定:阴极射线是负电荷粒子,荷质比是氢原子离子的1000多倍若电荷都为1个单位,则该粒子质量为氢原子的1/180

3、0,比氢原子小很多.命名为电子（现在精确值1/1840）1887考夫曼，1890舒斯特都曾得到过类似实验结果,但由于不相信阴极射线会是由粒子组成的,特别比原子还小很多,不可思议,没有勇气发表得到的结果。.汤姆孙实验结果用电子束直接穿过厚10-8m的单/多晶膜，得到电子衍射照片用电子波衍射测出的晶格常数与用x光衍射测定的相同戴维孙和汤姆孙共同获得1937年诺贝尔物理奖3、黑体辐射实验曲线维恩辐射公式系统偏离瑞利-金斯公式对波长极短的辐射光谱紫外部分辐射能量密度完全违背实验事实经典物理不可避免“紫外灾难”普朗克利用内插

4、法将适用于短波的维恩公式和瑞利-金斯公式衔接起来得到普朗克公式，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。“紫外灾难”4.其它实验*中性微观粒子，具有波粒二象性1936年中子束衍射1929年斯特恩氢分子衍射-20-1001020方位角强度0.11961年电子单缝、双缝、多缝衍射1986年证实固体中电子的波动性*微观粒子的波粒二象性是得到实验证实的科学结论三.对实物粒子波粒二象性的理解1.波由粒子组成，波动性是粒子相互作用

5、的次级效应实验否定一个个电子通过单缝，长时间积累也出现衍射效应.........历史上有代表性的观点:2.粒子由波组成，是不同频率的波叠加而成的“波包”实验否定单个电子不能形成衍射花样介质中频率不同的波u不同，波包应发散，但未见电子“发胖”不同介质界面波应反射，折射，但未见电子“碎片”波或粒子？在经典框架内无法统一“波和粒子”?3.玻恩“概率波”说（1954年诺贝尔奖）条纹明暗分布——屏上光子数分布强度分布曲线——光子堆积曲线光—光子流光的衍射：通过某缝到达屏上某点通过哪个缝落到哪一点不确定!？设想:光强I下降,光子一

6、个个通过,光子是如何运动的?光强分布——落点概率分布光强大：光子到达概率大光强弱：光子到达概率小暗纹：光子到达概率为零起点，终点，轨道均不确定只能作概率性判断类比：与实物粒子相联系的物质波——概率波物质波的强度决定实物粒子出现在空间各处的概率.........强度大：电子到达概率大强度小：电子到达概率小暗纹：电子到达概率为零4.微观粒子不同于经典粒子，也不同于经典波*微观粒子的运动具有不确定性，不遵从经典力方程，只能作概率性描述，其定量表达——海森伯不确定关系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

7、电效应1907年解释了热容量量子性质总结：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。3）.德布洛依1924年提出物质波概念4）.海森堡1925年创立矩阵力学（量子力学）5）.薛定谔1926年创立波动量子力学量子论终于取得了胜利!