第1章量子力学基础

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1、物理化学10/4/20211复旦大学化学系第一章量子力学基础长度：1020米-10-20米时间：1010年-10-18秒物质的量：1023恒星-102原子面对物理尺度差异如此之大的世界，我们是否可以用一个统一的理论去描述？我们所面临的世界10/4/20212复旦大学化学系牛顿力学麦克斯韦电磁波理论十九世纪后半叶，很多物理学家认为，物理学的理论已经相当完备了，物理学今后的发展主要是测量的问题。这是真的吗？1-1量子力学的诞生10/4/20213复旦大学化学系一些著名物理学家的合影（1927年）爱因斯坦居里

2、普朗克洛仑兹郎之万德拜布拉格狄拉克泡利海森堡波尔德布罗意康普顿伯恩10/4/20214复旦大学化学系QuantumMechanicsisoneofthemostprofoundandbeautifulcreationsofthehumanmind.…Theirbeautyistranscendedonlybythosethingsthatarebeyondthereachofman,suchasthesmileofachild.10/4/20215复旦大学化学系黑体辐射黑体是一种能够将照射到它上面的辐射

3、全部吸收的物体.10/4/20216复旦大学化学系1.黑体是由许多振子组成的，每个谐振子都具有能量，这个一定是某一最小能量单位的整数倍2.最小能量由下式规定：.M.Planck10/4/20217复旦大学化学系低频普朗克公式瑞利—琼斯公式高频10/4/20218复旦大学化学系金属光电效应10/4/20219复旦大学化学系.金属受到辐射后能否发射光电子，取决于辐射的频率，而和辐射的强度无关。刚好能够使金属表面产生光电子的辐射的最小频率成为临阈频率。勒纳德(1905年诺贝尔物理奖）10/4/202110复旦

4、大学化学系经典物理的观点：辐射的能量取决于其强度，而频率值和辐射的颜色有关。2.金属表面发射出的光电子的数目和辐射的强度成正比。只要辐射的频率大于临阈频率，光电子即可产生，没有观察到延迟现象。10/4/202111复旦大学化学系2.当光子和其他物质发生相互作用时遵守能量守恒和动量守恒定律。爱因斯坦理论1.光是一束由光子构成的粒子流。每个光子都有能量和动量。光子的能量为：，光子的动量为。3.光的强度正比于单位体积中的光子数目。10/4/202112复旦大学化学系光电效应的解释光电子动能K=辐射能量E–功函

5、数W10/4/202113复旦大学化学系康普顿效应（1927年诺贝尔物理奖）——研究x-射线的散射，发现部分散射波的波长比入射波的波长更长。.10/4/202114复旦大学化学系波尔原子结构理论原子光谱的规律是什么？10/4/202115复旦大学化学系巴尔末系里德堡系如何解释上述规律？内在的本质——原子结构一些半经验的关系式10/4/202116复旦大学化学系J.J.TomsonJ.J.汤姆孙模型10/4/202117复旦大学化学系卢瑟福模型1.原子由原子核和电子组成。原子中大部分地方是空的。原子核的体

6、积比原子小得多，带正电。2.电子带负电，围绕原子核运动。3.原子的大小取决于电子的运动轨道。10/4/202118复旦大学化学系卢瑟福模型与经典物理学的矛盾1.圆周运动的电荷会不断释放能量，这样电子就会很快落到原子核上，原子将是不稳定的。2.为什么原子的种类是有限的？波尔的原子结构模型=普朗克量子论+爱因斯坦光子学说+卢瑟福模型10/4/202119复旦大学化学系是整数1.核外电子只能在某些状态下才能稳定。2.这些稳定的状态必须具有下列角动量数值3.电子在两个稳定状态之间可以发生跃迁，其跃迁能量对应的频

7、率为10/4/202120复旦大学化学系在氢原子光谱中的应用Bohrradius109737.31cm-110/4/202121复旦大学化学系波尔和哥本哈根学派对波尔理论的修正109677.60cm-1109737.31cm-1Sommerfeld10/4/202122复旦大学化学系光的二象性NewtonHuygensYoungFresnel10/4/202123复旦大学化学系爱因斯坦关系式作用传播波粒二象性牛顿力学麦克斯韦理论爱因斯坦的波粒二象学说10/4/202124复旦大学化学系Elementar

8、yparticlessuchaselectronscanalsohavewaveproperties,justasradiationhasparticleproperties.——deBroglieINTEGER?德布罗意关系式实物粒子的二象性德布罗意通过引入实物粒子的波性而提出了实物粒子的波粒二象性10/4/202125复旦大学化学系分别计算一个10-g重的子弹在以1000m/s速度运动时和一个电子在以108cm/s运动时的德布罗意波长.