第 1 章 量子力学基础_ZGH结构化学

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1、第一章1.1量子力学的实验基础第第11章章1.2实物微粒的波粒二象性及不确定原理1.3量子力学的基本假设量子力学基础量子力学基础1.4定态Schrodinger方程应用实例2第一章第一章1.1量子力学的实验基础物理学的大厦已经完从十八世纪起，物理学迅速发展、完善起来，逐步成为严谨的经典物理学体系。成，今后物理学家的任务只是把实验做得经典物理学更精确些。自然界的一切现象是否全部可开尔文以凭借经典物理学来理解？MaxwellGibbs-Boltzman电磁理论Newton力学统计力学《十九世纪热和光的动力理论上空的乌云》34

2、第一章第一章经典物理学无法解释的代表性实验有：应用经典物理学理论，人们成功地解释了当时发现的实验现黑体辐射象，这种状态一直持续到十九世纪80年代。但在十九世纪末，相光电效应继发现了一些用经典物理学无法解释的实验事实，经典物理学遭氢原子的线状光谱到了无法克服的困难。这些实验现象的解释导致了旧量子论的产生，为我们打开了一扇通向微观世界的大门。561第一章第一章1.1.1黑体辐射与普朗克（Planck）量子假设研究对象：辐射与周围环境处于平衡时黑体能量按波长的分布。5实验得出:平衡时辐射能量密度黑体辐射是最早发现与经2000K

3、按波长分布的曲线，其形典物理学相矛盾的实验现象之4一。状和位置只与黑体的绝对所谓黑体是指几乎能全部吸3)收各种波长入射光线辐射的物2温度有关，而与空腔的形J/m体。带有一个微孔的空心的金属-92状及组成的物质无关。1500K球，非常接近于黑体，进入金属/(10νE：黑体辐射的能量Eν小孔的辐射，经过多次吸收、反1Edν：频率在ν到dν范围射，使射入的辐射几乎完全被吸1000Kν收，当空腔受热时，又能发射出内、单位时间、单位0123表面积上辐射的能量各种波长的电磁波。ν/1014s-178第一章第一章经典物理学方法解释19

4、00年，Planck根据这一实验事实，突破了传统物理观念的束缚，提出了一个大胆的革命性Wien公式的假设：黑体由带电的谐振子组成，谐振3E(ν,T)=cνexp(−cν/T)12子吸收或发射辐射的能量是不连续的，只适用于短波部分辐射能量的最小单位为ε0=hν。ε0被称为能量子。谐振子的辐射能量E只能是ε的整倍，Rayleigh-Jeans公式0即28πνE(ν,T)=kTE=nε=nhνn=0,1,2…30c其中ν是谐振子的频率，n称为量子数，只适用于长波部分，引出了“紫外灾难”的争论，即波长变h=6.626×10-34

5、J.s，称为普朗克常数。短时能量趋于无穷大，而不象实验结果那样趋于零。910第一章第一章Planck解释Planck能量量子化假设的提出，标志Planck公式2πνh3hνEe=−(1kT)−11-1ν2着量子理论的诞生。cPlanck获得1918年诺贝尔物理学奖！黑体辐虽然Planck是在黑体辐射这个特殊的场射在单合中引入了能量量子化的概念，但后来发现位波长Planck许多微观体系都是以能量或其它物理量不能间隔的连续变化为特征的，因而都称为量子化。此能量密后，在1900-1926年间，人们逐渐地把能量度曲线量子化的概念

6、推广到所有微观体系。11122第一章第一章1.1.2光电效应与爱因斯坦(Einstein)光子学说Einstein首先认识到Planck提出的能量量子化光电效应是第二个发现用经典物理学无法解释的实验现象。的重要性，他将能量量子化的概念应用于电磁辐射。1905年，Einstein提出了光子学说：当光照射到阴极K上时，使阴极上金属中的一些AK自由电子的能量增加，逸出金属表面，产生光电子。实验现象为：1光是一束光子流，每种频率的光的能量都有其最小单位，称为光的量子或光子，光子的能量与光子的频率成正比，●只有当照射光的频率超过某

7、个最小频率ν0GV即ε=hνh-Planck常数，ν-光子的频率(又称临阈频率)时，金属才能发射光电子。不同金属的ν0不同，大多数金属的ν0位于紫外2光子不但有能量(ε)，还有质量(m)，但光子的静止质量为零。按相对区。论的质能联系定理ε=mc2，光子的运动质量m=εc-2=hνc-2，所以不同频率的光子有不同的质量。●随着光的强度增大，发射的电子数目增加，阴极K是镀有金属或金属但不影响光电子的动能。氧化物的玻璃泡内壁，3光子具有一定的动量，p=mc=hν/c=h/λ玻璃泡内抽成真空。●增加光的频率，光电子的动能也随之增

8、加。阳极A是金属丝网。4光子的强度取决于单位体积内光子的数目，即光子的密度。1314第一章第一章对光电效应的解释：12hWEhνν=+=+mv1-2K02将频率为ν的光照射到金属上，当产生光电效应时，光子消失，将能量传给电子。电子吸收的能量，一部分用上式解释了光电效应实验的全部结果：于克服金属对它的束缚力（逸出功），