微观粒子的运动特征

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1、结构化学授课教师刘伟1绪论:结构化学---“是研究原子、分子、固体的微观结构、运动规律以及结构与性能之间的关系的一门科学”世界最著名的结构化学家，曾经两次获得诺贝尔物理学奖的鲍林教授说：“当任何一种物体他的性质和结构联系起来时那么这样一种性质是最容易最清楚地被认识和被理解”。著名的量子化学家，也是诺贝尔化学奖获得者霍夫曼教授说“化学理论最重要的作用，是提供一种思维体系，以总结更新知识”。所以，从这个角度，不难理解我们为什么要学习结构化学，而且，随着我们学习的深入，我们会更加深刻体会到这两句话的意义。

2、WolfgangPauli(1900-1958)NobelPrize1945结构物性2物质结构(静态结构、动态结构)电子结构几何结构化学键理论（量子化学）分子、晶体几何构型物质性质绪论:3从微观粒子运动的普遍规律出发，通过研究不同的原子、分子中电子的运动规律，来推断物质的性质。（涉及较复杂的数学运算）通过与经典体系相类比，得到微观体系的规律(如：薛定谔方程的建立)从大量的已知实验事例出发，经归纳总结得出规律研究物质结构的几种方法演绎法:归纳法:类比法:绪论:4“二”是指要注意两个方法其一:用电子因素

3、和几何因素两条主线阐明化学物质的结构、性能之间的关系和应用其二:是注意“精”和“新”，即精细地分析典型结构，以巩固基本概念和原理；以学科的新进展，启迪学生的思维。“三”是指全面地学习掌握微观体系三方面的内容学习三种理论（量子理论、化学键理论和点阵理论）掌握三种结构（原子结构、分子结构和晶体结构）打好三个基础（量子力学基础、对称性基础和晶体学基础）“一”指通过阐述结构决定性能，性能反映结构的原则，沟通结构-性能-应用的一条渠道。掌握“三、二、一”学习方法绪论:第一章量子力学基础Chapter1Theb

4、asicknowledgeofquantummechanics6第一章量子力学基础§1.1从经典力学到早期量子论（微观粒子的运动特征）1.1.1黑体辐射和能量量子化1.1.2光电效应与光子学说1.1.3原子光谱与轨道角动量量子化§1.2量子力学的建立（量子力学基本假设）1.2.1实物微粒的本性（1）DeBrogile假设（2）DeBrogile波的实验证实1.2.2薛定谔方程1.2.3物质波的物理意义1.2.4不确定原理1.2.5量子力学公设（量子力学基本假设）§1.3定态薛定谔方程的应用（箱中粒子

5、的量子特征）7第一章量子力学基础任何能思考量子力学而又没有被搞得头晕目眩的人都没有真正理解量子力学"Anyonewhohasnotbeenshockedbyquantumphysicshasnotunderstoodit."-NielsBohrNielsBohr(1885-1962)NobelPrize19228经典物理学牛顿（Newton）力学体系麦克斯韦（Maxwell）光电磁学理论玻耳兹曼（Boltzmann）统计力学吉布斯(Gibbs)热力学从十八世纪起，物理学迅速发展、完善起来，逐步成为严

6、谨的经典物理学体系§1.1从经典力学到早期的量子论到了20世纪初，出现了一系列的利用经典物理学无法解释的实验现象：黑体辐射(blackbodyradiation)光电效应(photoelectriceffect)氢原子光谱(linespectraofhydrogenatom)9黑体辐射辐射的能量密度与波长之间的关系，是19世纪末物理学家关心的重要问题之一。若以表示黑体辐射的能量，表示频率在到范围内、单位时间、单位表面积上辐射的能量。并以对作图，得到能量分布曲线。实验结论随温度升高，辐射能量增大，且极

7、大值向高频移动。§1.1.1黑体辐射——能量量子化1.黑体辐射实验：§1.1从经典力学到早期的量子论黑体是指能将入射的任何频率的的电磁波全部吸收的物体；黑体受热时又以电磁波的形式向外辐射能量——黑体辐射。10Wien（维恩）曲线能量波长实验曲线Rayleigh-Jeans（瑞利－金斯）曲线黑体辐射能量分布曲线维恩从经典的麦克斯韦电磁波理论出发，瑞利-金斯从经典热力学和统计力学的思想出发，分别导出了他们的公式。但维恩公式却只适用于短波，而瑞利和金斯的公式只适用于长波。它们都不能满意地解释黑体辐射实验的

8、能量分布曲线由Rayleigh-Jeans公式还引出了“紫外灾难”的争论，即波长变短时能量趋于无穷大，而不象实验结果那样趋于零。2.黑体辐射的经典解释：§1.1从经典力学到早期的量子论113.普朗克假设：黑体由带电的谐振子组成；这些谐振子吸收或发射辐射的能量是不连续的，其最小单位为。被称为能量子。谐振子的辐射能只能是的整数倍，即其中是谐振子的频率，称为普朗克常数，n称为量子数。§1.1从经典力学到早期的量子论1900年，Planck根据实验事实，突破了传统物理观念的束