结构化学课件 第一章 量子力学基础

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1、第一章量子力学基础1.1量子力学的实验基础十九世纪末期，经典物理学“完美”的理论机械运动→牛顿(Newton)力学电磁现象和光→麦克斯韦尔(Maxwell)方程热现象→热力学和统计物理学(Boltzmann&Gibbs)“Themoreimportantfundamentallawsandfactsofphysicalsciencehaveallbeendiscovered,andthesearenowsofirmlyestablishedthatthepossibilityoftheireverbeingsupplantedinconsequenceofnewdiscoverie

2、sisexceedinglyremote....Ourfuturediscoveriesmustbelookedforinthesixthplaceofdecima”Albert.A.Michelson(迈克耳逊)speechatthededicationofRyersonPhysicsLab,U.ofChicago1894AlbertA.MichelsonbecamethefirstAmericantoreceiveaNobelPrizein2physics,1907开尔文勋爵1900年4月27日(inthemeetingoftheRoyalInstitutionofGreatB

3、ritain)宣告物理学的大厦已经建成，以后只需对这座大厦作点小小的修补工作就行了；另一方面他又认为“动力学理论断言热和光都是运动的方式，可是现在，这种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了”...Thebeautyandclearnessofthedynamicaltheory,whichassertsheatandlighttobemodesofmotion,isatpresentobscuredbytwoclouds.Thefirstcameintoexistencewiththeundulatorytheoryoflight...itinvolvedthequest

4、ion'HowcouldtheEarthmovethroughanelasticsolid,suchasessentiallyistheluminiferousether?'ThesecondistheMaxwell-Boltzmanncurrentdoctrineregardingthepartitionofenergy...Michelson-Morley实验黑体辐射Kelvin,LordWilliamThomson(1824-1907)3•经典物理学的一些基本观点：①质量恒定，不随速度改变；②物体的能量是连续变化；③物体有确定的运动轨道；④光现象只是一种波动。经典物理学的研究

5、范围：质量m>>原子分子速度v<<光速•经典物理向高速领域推广物体接近光速时→相对论力学观点①•经典物理向微观领域推广研究对象向微观发展→量子力学观点②③④4经典物理学无法解释的代表性实验有黑体辐射、光电效应和氢原子的线状光谱等，这些实验现象的解释导致旧量子论的产生，为我们打开了一扇通向微观世界的大门。51.1.1黑体辐射和能量量子化(BlackbodyRadiationandQuantizationofEnergy)19世纪末，炼钢、照明等生产的需要，热辐射研究是一个十分重要的课题，物体的热辐射和温度有着一定的函数关系.黑体辐射是最早发现与经典物理学相矛盾的实验现象之一。所谓黑体

6、是指能全部吸收各种波长入射光线辐射的物体。带有一个微孔的空心的金属球，非常接近于黑体，进入金属小孔的辐射，经过多次吸收、反射，使射入的辐射完全被吸收，当空腔受热时，又能发射出各种波长的电磁波。6入射光在容器内经过多次反射才被吸收，并且与器壁达到热平衡。可以想象容器中的辐射（电磁波）在给定温度下有一定的频率分布。十九世纪末，人们已对黑体辐射实验进行了仔细测量，发现辐射强度对器壁温度的依赖关系：•各种温度在不同波长λmax处有一极大值•随着温度升高，辐射总能量（曲线包罗的面积）急剧增加•最大强度蓝移（极大值向高频移动）黑体与热辐射达到平衡时，辐射能量密度随频率变化曲线的形状和位置只与黑

7、体的绝对温度有关，而与空腔的形状及组成物质无关。71893年，维恩(Wien)发现黑体辐射的位移律−3λT=2.898×10K⋅mmax1896年维恩假设黑体辐射是由一些服从Maxwell速率分布的分子发射出来的，得到了辐射能量密度与波长的经验关系式：(1911年Nobel物理奖)WilhelmWien(1864-1928)8πhc−hcλkTρ=e在波长较短时和实验符合得很好，但在5λ长波方面有显著偏差瑞利和金斯从经典电动力学出发也得到Rayleigh-Jeans公