《量子力学基础》PPT课件.ppt

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1、热力学研究系统的宏观性质，解决物质变化过程的能量效应、物质变化过程的方向与限度。量子力学研究个别粒子（电子，原子核等）的微观行为及规律。统计力学从个别粒子的微观行为出发，研究由大量粒子组成的宏观系统的统计行为及规律。量子力学研究的内容和方法物理化学以三大力学为基础第一章量子力学基础量子力学方法一定质量m，在一定势场V中运动的粒子:(I).建立薛定谔方程(II).解薛定谔方程得到粒子的状态ψ与能量E,用算符作用于Ψ(x,y,z,t)，求出其它物理量量子力学方法应用于解决化学问题构成量子化学。1.1微观粒子运动的量子力学性

2、质1.能量量子化⑴黑体辐射黑体辐射实验黑体是一种能吸收照射到它上面的各种波长辐射的物体Planck假定(1900年)：黑体中的原子或分子由谐振子组成,这些谐振子的能量只能按下式取值：E＝nhν（n＝0、1、2、…)h称为Planck常量,n称作量子数;ν是谐振子的振动频率。上式表明，存在一个能量最小单位ε＝hν，叫“能量子”。Planck假定是历史性的突破，从此建立起能量量子化的概念。Planck依据量子假设，成功的解决了黑体辐射危机。作为量子论的创始人，荣获1918年诺贝尔物理奖。Rayleigh—Jeans(189

3、9年）等分别用经典物理学方法，对黑体辐射实验结果进行解释，结果是以失败而告终，从而揭示经典物理学方法的缺陷性光电效应：当一定频率的光照射到金属板上，有电子从金属上发射出来，这个过程叫光电效应。由于光的照射而发射出的电子叫光电子。动能ν0{ν}入射光频率常数=Plank常量(1)光的波粒二象性2.波粒二象性（ii）光子具的能量ε＝hν1902年Lenard提出，用光的波动性解释不了光电效应1905年Einstein提出光的微粒说（又叫光子说）光子学说要点：（i）光是以光速运动的粒子流，最小单位称为光子；按照光子说，光子

4、学说成功的解释了光电效应光的波粒二象性ε＝hν=mc2P=mc＝hν／c=h/λPlanck-Eistain公式，反映了光的波动性和粒子性的关系。(2)实物粒子的二象性①物质波的提出1924年deBroglie假说：实物粒子具有波动性，并满足Planck-Eistain关系式：E＝hP＝h／λ=mv1927年Davison和Germer用单晶电子衍射实验，Thomson用多晶衍射实验证实了德布罗意的假说。1929年deBroglie获诺贝尔物理奖实物粒子的波动性称为deBroglie波,又称为物质波。Born提出实物

5、微粒波的统计解释，他认为在空间任何一点上波的强度和粒子出现的几率成正比，按照这种解释描述的粒子的波称为几率波。电子束微观粒子的状态用波函数描述。②物质波的实质—概率波1927年Heisenberg发现，ΔxΔPx≥hΔtΔE≥h……...这一结论叫做不确定关系。(ii)以一定速度运动的微粒，它的位置是偶然的。经典力学—轨迹量子力学—概率不确定关系是波粒二象性的必然结果。(i)若Δx→0时，有ΔPx→∞；ΔPx→0时，有Δx→∞。坐标与动量不能同时确定。3.不确定关系●测不准关系是经典力学和量子力学适用范围的判据例如，

6、0.01kg的子弹，v＝1000m/s，若△v＝v1%，则，△x＝h/（m△v）＝6.610－33m，完全可忽略，宏观物体其动量和位置可同时确定；但对于相同速度和速度不确定程度的电子，△x＝h/（m△v）＝7.2710－5m，远远超过原子中电子离核的距离。●测不准关系是微观粒子波粒二象性的客观反映，是对微观粒子运动规律认识的深化。它限制了经典力学适用的范围。●微观粒子和宏观粒子的特征比较：▲宏观物体同时有确定的坐标和动量，可用Newton力学描述；而微观粒子的坐标和动量不能同时确定，需用量子力学描述。▲宏观物体有连

7、续可测的运动轨道，可追踪各个物体的运动轨迹加以分辨；微观粒子具有几率分布的特征，不可能分辨出各个粒子的轨迹。▲宏观物体可处于任意的能量状态，体系的能量可以为任意的、连续变化的数值；微观粒子只能处于某些确定的能量状态，能量的改变量不能取任意的、连续的数值，只能是分立的，即量子化的。▲测不准关系对宏观物体没有实际意义（h可视为0）；微观粒子遵循测不准关系，h不能看做零。所以可用测不准关系作为宏观物体与微观粒子的判别标准。假设1对于一个微观体系，它的状态和有关情况可用波函数ψ(x,y,z,t)描述.Ψ是体系所有粒子的坐标和时

8、间的函数。Ψ的形式可由光波推演而得。不含时间的ψ(x,y,z)称定态波函数Ψ一般是复数形式，如自由粒子在三维空间运动的波函数：用波函数Ψ描述的波称为概率波，在原子、分子体系中，将Ψ称为原子轨道或分子轨道。1.2.1波函数和微观粒子1.2量子力学的基本假定波函数的合格条件（i)单值：ψ是粒子坐标的单值函数。(ii)连续：ψ是坐标的连