1.1微观粒子的运动特征-精选文档
第一章 量子力学基础知识
《结构化学基础》讲稿第一章孟祥军第一章 量子力学基础知识 （第一讲）1.1 微观粒子的运动特征☆ 经典物理学遇到了难题：19世纪末，物理学理论（经典物理学）已相当完善： ◆ Newton 力学 ◆ Maxwell 电磁场理论 ◆ Gibbs 热力学 ◆ Boltzmann 统计物理学上述理论可解释当时常见物理现象，但也发现了解释不了的新现象。
1.1.1 黑体辐射与能量量子化黑体：能全部吸收外来电磁波的物体。
黑色物体或开一小孔的空心金属球近似于黑体。
黑体辐射：加热时，黑体能辐射出各种波长电磁波的现象。
★经典理论与实验事实间的矛盾：经典电磁理论假定：黑体辐射是由黑体中带电粒子的振动发出的。
按经典热力学和统计力学理论，计算所得的黑体辐射能量随波长变化的分布曲线，与实验所得曲线明显不符。
按经典理论只能得出能量随波长单调变化的曲线：Rayleigh-Jeans 把分子物理学中能量按自由度均分原则用到电磁辐射上，按其公式计算所得结果在长波处比较接近实验曲线。
Wien 假定辐射波长的分布与Maxwell 分子速度分布类似，计算结果在短波处与实验较接近。
经典理论无论如何也得不出这种有极大值的曲线。
• 1900年，Planck （普朗克）假定：黑体中原子或分子辐射能量时作简谐振动，只能发射或吸收频率为ν, 能量为 ε=h ν 的整数倍的电磁能，即振动频率为 ν 的振子，发射的能量只能是 0h ν，1h ν，2h ν，……，nh ν（n 为整数）。
• h 称为Planck 常数，h ＝6.626×10－34J •S•按 Planck 假定，算出的辐射能 E ν 与实验观测到的黑体辐射能非常吻合：●能量量子化：黑体只能辐射频率为 ν ，数值为 h ν 的整数倍的不连续的能量。
能量波长黑体辐射能量分布曲线 ()1/8133--=kt h c h eE ννπν1.1.2 光电效应和光子学说光电效应：光照射在金属表面，使金属发射出电子的现象。
微观粒子的运动特征量子化特征
卢瑟福的“天体行星模型”：
在这个模型中，把微观的原 子看成是“太阳系”，带正 电的原子核好比“太阳”， 把电子描述为在绕核的固定 轨道上运动，就象行星绕着 太阳运动一样。
8
卢瑟福的含核原子模型为近代原子结构理论
的研究奠定了基础，并在1908年获得诺贝尔 化学奖。
但这个模型不能说明原子核中的正电荷数，
由此提出原子的西瓜模型——认为电子处于在带正电荷 的球内。 原子内正电荷均匀分布 负电荷包罗于正电荷
5
卢瑟福的“天体行星模型”
1911年，英国物理学家卢瑟福（E．Rutherford）
借助一个放射源，用α粒子轰击金箔的散射实验，
பைடு நூலகம்
发现了原子核，从而提出了最早的原子结构模型，
即“天体行星模型”。在这个模型中，把微观的原 子看成是“太阳系”，带正电的原子核好比“太
子的发射光谱应为一连续光谱。然而，实验事实表
明，原子光谱是分立的线光谱。
19
光谱是复色光经过色散系统（如棱
镜、光栅）分光后，被色散开的单
色光按波长（或频率）大小而依次 排列的图案，全称为光学频谱。光 谱中最大的一部分可见光谱是电磁 波谱中人眼可见的一部分，在这个 波长范围内的电磁辐射被称作可见 光。光谱并没有包含人类大脑视觉
构模型所取代。
12
20世纪20年代，随着科学技术的发展，用量子力学 来描述微观粒子具有量子化特性和波粒二象性得到 了满意的结果，从而建立了近代原子结构的量子力 学模型理论，不可否认，卢瑟福的天体行星模型和 玻尔原子模型对原子结构理论的发展作出了重要贡 献。
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二、微观粒子的运动特征
1、微观粒子的界定：
第二章 原子结构与元素周期系
第1章 量子力学基础知识
d 8 m E 2 2 dx h
2 2
8 m E 8 m E c1 cos( ) x c2 sin( ) x 2 2 h h
2 1 2 2 1 2
边界条件： x 0 , 0
2
x l , 2 0
8 m E 8 m E c1 cos( ) x c sin( ) x 2 h2 h2
1927年，美国, C. J. Davisson L. H. Germer 单晶 体电子衍射实验 G.P.Thomson 多晶金属箔电子衍射实验 质子、中子、氦原子、氢原子等粒子流也同样观 察到衍射现象，充分证实了实物微粒具有波动性， 而不限于电子。
22
氧化锆晶体的X射线衍射图
金晶体的电子衍射图
23
n h E 2 8m l
2
n 1,2,3,
nx ( x) c2 sin( ) l
nx ( x) c2 sin( ) l
nx c sin ( )dx 1 l 0
l 2 2 2
* d 1
nx 2 c sin ( ) 1 l 0
l 2 2 2
2 c2 l
25
波粒两相性是微观粒子运动 的本质特性，为微观世界的 普遍现象。
26
-1.1.4- 不确定关系(测不准原理)
x D A e O P
y
Q
A
O C
P psin
电子单缝衍射实验示意图
单 缝 衍 射
1.2 量子力学基本假设
量子力学是描述微观粒子运动规律 的科学。 电子和微观粒子不仅表现出粒性， 而且表现出波性，它不服从经典力 学的规律。
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-1- 波函数和微观粒子的运动状态
量子力学基础知识
ψ = A exp[i 2π ( − νt )] λ
x
代入， 动波函数： 将 E = hν， p = h / λ代入，得单粒子一维运 动波函数：
2π ψ = A exp[i ( xp x − Et )] h
定态波函数: 定态波函数 ψ = ψ (x, y, z)
(1.2.1)
§1.2
态
量子力学的基本假设
通过本节的学习，我们可以看到微观体系 通过本节的学习，我们可以看到微观体系 区别于宏观体系的两个显著特点： 区别于宏观体系的两个显著特点： ① 量子化 ② 波粒二象性
§1.2
态
量子力学的基本假设
对于一个微观体系， 假定 I 对于一个微观体系，它的状态和有关情况可 来描述。 用波函数Ψ(x, y, z, t) 来描述。Ψ(x, y, z, t) 是体系的状态函 是体系中所有粒子的坐标和时间的函数。 数，是体系中所有粒子的坐标和时间的函数。 两粒子体系： 两粒子体系： 平面单色光： 平面单色光： Ψ = Ψ(x1, y1, z1, x2, y2, z2, t )
§1.1
实 物 微
微观粒子的运动特征
一切微观体系都是粒性和波性的对立统 一体。 一体。 E = hν，p = h/λ，两式具体揭示了波 性和粒性的内在联系：等式左边体现粒性， 性和粒性的内在联系：等式左边体现粒性， 右边体现波性；它们彼此联系，互相渗透， 右边体现波性；它们彼此联系，互相渗透， 在一定条件下又可互相转化， 在一定条件下又可互相转化，构成矛盾的对 立统一体。 立统一体。
∆ z ⋅ ∆p z ≥ ℏ / 2
h ℏ = 2π
上式表明：对于微观粒子的坐标描述得愈准确（ 上式表明：对于微观粒子的坐标描述得愈准确（即 坐标不确定量愈小），其动量的描述就愈不准确（ ），其动量的描述就愈不准确 坐标不确定量愈小），其动量的描述就愈不准确（即动 量的不确定量愈大）。反之，动量的描述愈准确， ）。反之 量的不确定量愈大）。反之，动量的描述愈准确，坐标 的描述就愈不准确。 的描述就愈不准确。 测不准关系的产生来源于物质的波粒二象性。 测不准关系的产生来源于物质的波粒二象性。 的同时测定， 对于能量 E 和时间 t 的同时测定，有类似的不确定 关系： 关系： ∆E ⋅ ∆t ≥ ℏ / 2 (1. (1 1.5)
1.1 微观离子的运动特征
（1）德布罗依（De Brogile）假设
实物微粒也具有波性。 实物微粒所具有的波就称为物质波或德布罗依波。
De Brogile
德布罗依（De Brogile）关系式（假设）
E h
u
p h
1-5
h h p mv
Sinф =OC / OA= λ/D
x方向电子的位置不确定量为：Δx=D x方向的分动量px的不确定量为： p x p sin
h h x x
px x h
考虑二级衍射： p x x h
上式说明动量的不确定程度乘坐标的不确定程度不小于一常数h. 表明微观粒子不能同时有确定的坐标和动量，当它的某个坐标确 定的越准确，其相应的动量就越不准确，反之亦然。
光电效应的解释
将频率为v的光照射到金属上，当金属中的一个电子受
到一个光子的作用时，产生光电效应，光子消失，并把它
的能量传给电子。电子吸收的能量，一部分用于克服金属 对它的束缚力，其余部分则变为电子的动能
1 2 h W EK h 0 mv 2
函数，它等于hv0； EK 是电子的动能。
大小相当于分子大小的数量级，说明原子和分子中电子
运动的波效应是重要的。
但对于宏观粒子，与其大小相比，波效应是微小的。
（3）De Brogile 波的实验证实
当V=102～104V时，从理论上已估算出电子德布罗依波 长为1.2～0.12Å，与x光相近（0.1～100 Å），用普通的光 学光栅（周期 Å）是无法检验出其波动性的。
1-2
W 是电子逸出金属所需要的最低能量，称为脱出功或功
原子结构
电子在确定的轨道上，能量状态确定，称为定态。
En = -B /n2 , B = 2.18×10-18J
n = 1时轨道能量最低，称为基态，n=2, 3, 4….的状态称为激发态。 轨道跃迁假设
ΔE = En2-En1 = B(1/n12 –1/n22) = hν
25
1s 2s
z
3s
z
z
x
x
y
2pz
2px
2py
y
z
z
z
y
x
x
y
x
x
3dxy
3dxz
3dyz
3dz2
3dx2-y2
26
核外电子几率分布和径向分布
D = |ψ2| dV
电子出现几率
该函数存在极值现象。
27
核外电子出现几率的径向分布图
D
1) n-l 个极值；
0.5
2) n 相同，l越小，小峰、离核越近，
12
Lyman Balmer Paschen
紫外 可见 红外 光区 光区 光区
13
玻尔理论的意义和局限性
成功解释了原子的稳定性氢原子光谱。 不能解释多电子原子光谱，不能解释光谱在磁场中的分裂。
还没有认识到波粒二象性是微观粒子的运 动的普遍特征。
14
9.2 单电子原子的波函数
薛定谔方程
2ψ +
x2
自旋量子数ms
与电子自旋状态相关的参数。取值为±（1/2），以↑和↓表示。
23
单电子原子中电子的可能运动状态与四个量 子数之间的关系
nl 10
0 2
1
微观粒子运动规律及其对宏观现象演化规律解释
微观粒子运动规律及其对宏观现象演化规律解释微观粒子运动规律是指在微观尺度下，像原子、分子、离子等微观粒子的运动行为遵循的规律。
这些微观粒子的运动行为对宏观现象的演化规律有着深远的影响与解释作用。
本文将探讨微观粒子运动规律，并解释其与宏观现象演化规律之间的关系。
在微观世界中，微观粒子存在着不同的运动状态，包括动能和势能两种形式。
微观粒子的运动行为遵循牛顿运动定律，即物体的运动状态由施加在它身上的力决定。
微观粒子在没有受到外力作用时，将保持匀速直线运动或静止状态。
这些微观粒子在空间中运动的路径可以被描述为质点运动轨迹。
微观粒子在运动中还存在着碰撞、散射等复杂的相互作用。
这些相互作用可以通过量子力学的理论进行描述和解释。
在微观尺度下，以量子为基础的波动力学描述了微观粒子的运动行为。
根据波动力学理论，微观粒子既可以表现为粒子的特性，也可以表现为波的特性。
这一理论的重要性在于它揭示了微观粒子的概率性运动行为。
微观粒子的量子力学行为与宏观现象的演化规律之间存在着紧密的联系。
微观粒子的运动行为对宏观现象的演化规律产生着重要影响。
例如，固体的宏观性质可以通过分子的微观运动解释。
固体中的分子不断地作无规则热运动，并且彼此之间存在着相互作用。
这些微观粒子的运动规律决定了固体的宏观性质，如固态的形态、热传导性质等。
通过研究微观粒子的运动规律，我们可以解释和预测宏观世界中的物质行为。
另外一个典型的例子是气体分子的运动行为对气体的宏观性质产生的影响。
根据理想气体定律，气体的压力与其分子的平均动能相关。
微观粒子的高速运动导致了气体的压强增加，而微观粒子的停止运动则会导致气体的压强下降。
通过研究微观粒子的运动规律和相互作用，我们可以解释气体的压力和体积之间的关系，从而理解气体的宏观行为。
此外，微观粒子运动规律还可以解释液体流动的规律。
液体的流动可以通过分子之间的相互作用和微观粒子的运动规律来解释。
液体分子的无规则热运动导致了液体的粘性和流动性。
第一章 量子力学基础
1.1.3 氢原子光谱与轨道角动量量子化
1913年, Bohr提出一个新模型: 原子中的电子在确定的分 立轨道上运行时并不辐射能量; 只有在分立轨道之间跃迁时才有 不连续的能量辐射; 分立轨道由“轨道角动量量子化”条件确定:
m、v、r分别是电子的质量、线速度和轨道半径，n是一系列正 整数. 由此解释了氢原子的不连续线状光谱. 1922年, Bohr获诺 贝尔物理学奖.
假设 1
微观体系的状态可用一个状态函数或波函数Ψ（x, y, z, t） 描述， Ψ（x, y, z, t）决定了体系的全部可测物理量. 波函数应具有品优性, 包括单值性、连续性、平方可积性.
z 定态波函数 不含时间的波函数ψ(x,y,z)称为定态波函数。 （定态：概率密 度与能量不随时间改变的状态） z 波函数的具体表示形式 用量子力学处理微观体系时，要设法求出波函数的具体表示形 式。而波函数的具体表达式是由解Schrödinger方程得到的。 例如氢原子的1s态的波函数为： ψ 1s =
n=5 n=4 n=3 n=2
n=1
1.1.3 氢原子光谱与轨道角动量量子化
Bohr模型对于单电子原子在多方面应用得很有成效，也 能解释原子的稳定性. 但它竟不能解释 He 原子的光谱，更不 必说较复杂的原子；也不能计算谱线强度。 量子化条件是对的，半径有问题，角动量是错的； 仍属于经典力学，只是认为附加了一些量子化条件——称 为旧量子论
E = hv
λ= h / p
1.1.4 实物微粒的波粒二象性
1927年，戴维逊、革末用电子束单晶衍射法，G.P.汤姆逊用 多晶透射法证实了物质波的存在. 1929年, de Broglie获诺贝尔物 理学奖；1937年，戴维逊、革末、G.P.汤姆逊也获得诺贝尔奖.
微观粒子的运动与动能
微观粒子的运动与动能在宏观世界中，我们常常能够观察到物体的运动，如车辆通过道路、人们行走、树叶随风摇曳等等。
然而，在微观世界中，如原子和分子水平，无论是在固体、液体还是气体中，微观粒子的运动同样是一个引人入胜的领域。
在这篇文章中，我们将探讨微观粒子的运动以及与其相关的动能。
首先，让我们一起来了解一下微观粒子的运动。
原子和分子是组成物质的最基本单位，它们不停地以高速运动着。
根据动能理论，微观粒子的运动是混沌的，即没有规律可言。
它们以各种方式快速运动，相互碰撞和交换能量，并在空间中不断变化位置。
这种运动使它们能够保持稳定的状态，并形成不同的物质。
微观粒子的运动也符合动量守恒定律。
动量是描述物体运动状态的物理量，它等于物体的质量乘以速度。
根据动量守恒定律，当两个微观粒子相互碰撞时，它们的总动量保持不变。
这意味着如果一个微观粒子的动量增加，那么相互碰撞的另一个微观粒子的动量将减小，并且两者之间的总和保持不变。
这种特性使得微观粒子的碰撞相互作用非常复杂，但也正是因为这种碰撞相互作用，我们才能够理解物质的性质和行为。
微观粒子的运动也与其动能密切相关。
动能是描述物体运动能量的物理量，它等于物体的质量乘以速度的平方再乘以一半。
微观粒子的动能取决于其质量和速度。
当微观粒子速度增加时，其动能也随之增加。
从能量守恒的角度来看，微观粒子通过相互碰撞和交换能量来改变其动能。
这种动能的交换使得微观粒子能够进行能量转化，并在物质中传递能量。
微观粒子的运动和动能对于物质的性质和变化起着重要作用。
例如，在固体中，微观粒子的运动相对较小，它们以震动方式存在，这是固体的稳定性和形状保持的原因。
在液体中，微观粒子的运动更加自由，可以相互滑动和交换位置，这是液体的流动性质的基础。
而在气体中，微观粒子的运动非常快速且混乱，它们不断撞击容器壁并改变位置，这是气体的扩散特性的根本原因。
总结起来，微观粒子的运动是复杂而混乱的，但又充满活力和魅力。
微观粒子的运动与力学
微观粒子的运动与力学在我们周围，隐藏着一个看不见的世界，充满了微观粒子。
这些粒子是物质的基本构成单位，包括原子、分子和更小的基本粒子。
它们的运动和行为规律是由微观力学描述的。
微观粒子的运动与力学涉及到许多有趣且复杂的概念，让我们来一窥其中的奥秘。
一、神奇的量子力学当我们谈论微观粒子的力学时，我们不能忽视量子力学这个伟大的理论体系。
量子力学是描述微观粒子行为的物理学分支，它与经典力学存在明显的差异。
经典力学是描述宏观物体运动的理论，它基于牛顿力学定律，包括质量、力和运动的关系。
然而，当我们转向微观世界时，常规的经典力学无法解释和预测微观粒子的行为。
量子力学的一个核心概念是波粒二象性。
根据波粒二象性理论，微观粒子既可以以粒子的形式存在，表现出“粒子”的特性，例如位置和质量，又可以以波的形式存在，表现出波动的特性，例如干涉和衍射。
这种双重性质使得微观粒子的行为变得难以想象。
二、不确定性原理与实验结果解读在量子力学中，不确定性原理是一项重要的原则。
它由海森堡提出，指出了我们无法同时准确知道微观粒子的位置和动量。
这意味着我们不能完全确定微观粒子的状态，我们只能给出一种概率性描述。
在测量微观粒子时，我们会干扰它们的状态，从而改变结果。
一个瑞典物理学家发明了著名的“双缝实验”，展示了量子力学中的概率性和干涉现象。
在实验中，电子经过两个缝隙之后，形成干涉条纹的图案。
这意味着单个电子既穿过了一个缝隙，又穿过了另一个缝隙，产生了干涉。
这个实验说明了微观粒子的行为不仅仅是局限于具体的粒子路径，而是涉及到波的干涉效应。
三、量子力学的统计解释另一个有关微观粒子的重要概念是统计解释。
在量子力学中，我们不能准确地预测单个微观粒子的行为，但我们可以通过概率统计的方法描述大量粒子的行为。
统计解释利用概率框架来解释微观粒子的行为和性质，例如能级分布、振动和相互作用。
玻尔兹曼分布是用于描述微观粒子能级分布的概率分布函数。
它通过热力学的概念来解释微观粒子的行为，例如气体的压力和温度。
答案-§1.1微观粒子的运动特征
§1.1微观粒子的运动特征一、判断题（一）量子化（二）光子学说的应用（三）实物微粒波粒二象性1. 由于微观粒子具有波粒二象性，所以不能用经典理论描述其运动状态。
（）对2. 实物微粒波的物理意义不同于机械波和电磁波。
（）对（四）不确定关系1. 测不准关系式是判别经典力学是否适用的标准。
（）对2. 不确定关系式可作为区分宏观物体与微观粒子的判别标准。
（）对二、选择题（一）量子化1. 首先提出能量量子化假定的科学家是（）。
DA. EinsteinB. BohrC. Schr dingerD. Planck25. 普朗克常数是自然界的一个基本常数，它的数值是：（）。
CA. 6.02×10-23尔格B. 6.625×10-30尔格·秒C. 6.626×10-34焦耳·秒D. 1.38×10-16尔格·秒（二）光子学说的应用1. 在光电效应实验中，光电子动能与入射光的哪种物理量呈线形关系（）。
BA. 波长B. 频率C. 振幅D. 光强度2. 若用电子束与中子束分别作衍射实验，得到大小相同的环纹，则说明二者（）。
AA. 动量相同B. 动能相同C. 质量相同D. 能量相同22. 关于光电效应，下列叙述正确的是：（可多选）（）。
CDA. 光电流大小与入射光子能量成正比B. 光电流大小与入射光子频率成正比C. 光电流大小与入射光强度成正比D. 入射光子能量越大，则光电子的动能越大24. 微粒在间隔为1eV 的二能级之间跃迁所产生的光谱线的波数v~应为（1eV=1.602×10-19J ）：（ ）。
BA. 4032 cm -1B. 8065 cm -1C. 16130 cm -1D. 2016 cm -1（三）实物微粒波粒二象性23. 提出实物粒子也有波粒二象性的科学家是：（ ）。
AA. de BröglieB. EinsteinC. HeisenbergD. Schrödinger1. 电子德布罗意波长为（ ）。
结构化学基础-资料
经典理论无论如何也得不出这种 有极大值的曲线。
实验曲线 黑体辐射能量分布曲线 波长
Planck能量量子化假设
• 1900年，Planck（普朗克）假定，黑体中原子或分子辐射 能量时作简谐振动，只能发射或吸收频率为,能量为h 的整数倍的电磁能，即振动频率为的振子，发射的能量 只能是0h，1h，2h，……，nh（n为整数）。
▲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。
1.2量子力学基本假设
• 量子力学：微观体系遵循的规律。主要特点是能量量子化和运动的波性。 是自然界的基本规律之一。主要贡献者有：Schrödinger，Heisenberg， Born & Dirac
• 量子力学由以下5个假设组成，据此可推导出一些重要结论，用以解释 和预测许多实验事实。半个多世纪的实践证明，这些基本假设是正确的。
★光子具有一定的动量：p＝mc＝h/c＝h/
(c＝）
★光的强度取决于单位体积内光子的数目（光子密度）。
产生光电效应时的能量守恒：h＝w＋Ek＝h0+mv2/2
（脱出功：电子逸出金属所需的最低能量，w＝h0）
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第一章 量子力学基础
Chapter 1 The basic knowledge of quantum mechanics
6
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）De Brogile假设 （2）De Brogile 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（箱中粒子的量子特征）
研究物质结构的几种方法
演绎法:
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）
类比法:
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)
归纳法:
从大量的已知实验事例出发，经归纳总结得出规律
4
绪论 :
掌握“三、二、一” 学习方法
Wolfgang Pauli(1900-1958) Nobel Prize 1945
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”
2
绪论 :
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
3
绪论 :
3 8 h 3 c
h / kt
1
1
12
黑体辐射在单位波长间隔的能量密度曲线
§1.1 从经典力学到早期的量子论
Planck 能量量子化假设的提
出，标志着量子理论的诞生。虽 然Planck是在黑体辐射这个特殊 的场合中引入了能量量子化的概 念，但后来发现许多微观体系都 是以能量或其他物理量不能连续 变化为特征的，因而都称为量子 化。此后，在1900-1926年间，
能 量
Wien（维恩）曲线
RayleighJeans（瑞 利－金斯） 曲线
3 exp( T ) v
实验曲线
8 3 v 3 kBT c
波长
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。
黑体辐射能量分布曲线
11
§1.1 从经典力学到早期的量子论 3.普朗克假设：
8 h 黑体由带电的谐振子组成；这些谐振子吸收或发射辐射的 3 c 能量是不连续的，其最小单位为 。 0 h
1900年，Planck根据实验事实，突破了传统物理观念的束缚， 提出了一个大胆的革命性的假设：
E
3
e
e
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
"Anyone who has not been shocked by quantum physics has not understood it."
- Niels Bohr
Niels Bohr(1885-1962) Nobel Prize 1922
1500K
实验结论随温度升高，辐射能量增大，且极 大值向高频移动。
§1.1 从经典力学到早期的量子论
2.黑体辐射的经典解释：
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能量分布曲线
结构化学
授课教师 刘伟
1
绪论 :
结构
物性
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。
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1.黑体辐射实验：
E/(10-9J/m2)
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。
E d 表示频率在 若以 E 表示黑体辐射的能量， 到 d 范围内、单位时间、单位表面积上辐射的能 量。并以 E 对 作图，得到能量分布曲线。
黑体辐射(blackbody radiation) 光电效应(photoelectric effect)
氢原子光谱(line spectra of hydrogen atom)
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§1.1 从经典力学到早期的量子论
§1.1.1 黑体辐射——能量量子化
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。
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§1.1 从经典力学到早期的量子论
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
牛顿（Newton）力学体系 麦克斯韦（Maxwell）光电磁学理论 经典物理学ltzmann）统计力学
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：
h / kt
1
1
0被称为能量子。谐振子的辐射能 E只能是 0 的整数倍， 即 E n nh n 0 , 1 , 2 , 3 0 34 其中 是谐振子的频率，h 称为普朗 6 . 626 10 J s
E
克常数，n 称为量子数。
“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） “二”是指要注意两个方法
其一:
用电子因素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。 “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。