量子力学基础知识

量子力学基础知识
经典物理学无法解释的三个著名实验
黑体辐射实验 （1884年）
氢原子光谱实验 （1885年）
光电效应实验 （1887年）
第一章
量子力学基础知识
一、黑体辐射和能量量子化
黑体——是指能够完全吸收 照射在其上面各种波长的光而无 反射的物体。
第一章
量子力学基础知识
E
实验得到：
黑体辐射时能量密度按 频率分布的关系曲线。
绪
2、意 义
论
当今化学已进入纳米空间、皮秒时间时代，随着人 们对物质微观结构认识的不断深入，结构化学的基本理
论越来越广泛地应用于化学的各个领域，特别是在材料、 信息、能源等领域。
根据结构决定性能、性能反映结构的相互关系，
使化学家有可能对新材料等进行“分子设计”。
绪
石墨的导电性改良
论
石墨为层状结构，C采取SP2杂化，同层内为六角 形结构且在与分子平面垂直的P轨道上各占一个电子，
所以层内导电性能好，层间导电性能差。
为了提高石墨的导电性，往 往在其中加入一些钾原子。
绪
人工模拟生物固氮 合成氨反应
论
高温、高压 催化剂
3H2 (g) 2 N2 (g) 2 NH3 (g)
在大自然中，豆科植物的根瘤菌在常温常压下 可以吸收空气中的N2固定成NH3。化学工作者通过 模拟固氮酶对氮的特殊催化作用，使氮活化转化为 氨。
紫外 灾难
低频时，瑞利-金斯曲线与实
Wien(维恩) 曲线 验曲线比较吻合；在高频时，维
恩曲线较吻合。
实验曲线
0
但是在频率接近紫外光时，
理论计算值趋于无穷。

紫外
第一章
量子力学基础知识
Planck量子论
1. 黑体是由不同频率的谐振子组成； 2. 每个谐振子的能量总是某个最小能量单
位 ε的整数倍； E n n 1, 2, 3
恒原理，光子的能量hv 就会被电子所吸收，其中一部
分用来克服金属表面的吸引，另一部分就是电子离开金 属表面所具有的动能 。
1 2 h W mv 2
式中W是电子脱离金属所 需要的最小能量，称为电子
W h 0
的脱出功或逸出功。
第一章
量子力学基础知识
1 2 1 2 h W mv h 0 mv 光电方程 2 2
3.
Planck
h
称为能量子
—谐振子固有频率
h —普朗克常数， h 6.626 1034 J s
因此，黑体辐射时能量是不连续的、即是量子化的。
第一章
量子力学基础知识
普朗克基于上述假定，采用与瑞利-金斯完全相
同的处理方法—经典统计物理学的方法解释黑体辐
射时能量密度与频率变化规律，得到了与实验完全
绪
二、结构化学的地位和特点
论
结构化学与其它学科的关系
结构化学是其它学科的理论基础，具有成上启下 的作用。
结构化学的特点
新概念多，数学推导多，系统性强。
绪
1、目 的
论
三、学习结构化学的目的与意义
通过本课程的学习,培养学生用微观结构的观点 分析、解决化学问题的能力。培养学生具有扎实的 基础理论知识，为后续课程（如有机结构分析，配 位化学，高等无机化学，量子化学等）打下良好的 理论基础。
4. 韦吉崇等《结构化学学习指导》，中国石化出版社，2010；
5. 林梦海等《结构化学》，科学出版社，2008； 6. 王军《结构化学》，科学出版社，2008； 7. 李奇《结构化学》，北京师范大学出版社，2008
绪
其它参考资料[ 强烈推荐]
所属领域：理论与计算化学
论
考研学校：南开大学、南京大学、吉林大学、厦门大学 精品课程：http://jpkc.nankai.edu.cn/course/jghx/jghx.htm
0称为该金属的临阈频率。
光电子的动能与入射光的频率成正比，而与光的 强度无关。
象
第一章
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Einstein光子说
1 光是一束光子流，每一种频率的光的
能量都有一个最小单位，称为光子，光子
的能量与光子的频率成正比，即：
Einstein
h

—光子频率
h —Planck常数
第一章
视频教学：http://ssvideo.chaoxing.com/playvideo.asp?id=21213
第一章
量子力学基础知识
§1-1 微观粒子的运动特征
经典物理学
Maxwell 电磁理论
Newton 力 学
Gibbs-Boltzman 统计物理学
经典物理学能否用来描述微观粒子的运动状态
第一章
吻合的结果。
Planck能量量子化假设的提出，标志着量子理 论的诞生；

1918年，Planck获得的诺贝尔物理学奖。
第一章
量子力学基础知识
光 金属
电子
二、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。
光电子的产生与入射光的频率有关
实 验 现
只有当 0时， 才会产生光电子。
T=1500K T=1000K
E：能量密度

单位面积黑体辐射的能量。
第一章
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★ 经典物理学的解释
经典电磁理论认为： 黑体辐射是由黑体中带电粒子的振动发出的， 由于其振动是连续的，因此辐射电磁波的能量也是 连续变化的。
第一章
Rayleigh-Jeans (瑞利－金斯)曲线
E
量子力学基础知识
绪
新药的合成
天然药材
论
分离提取
结构测定
药理活性实验
分子设计合成
其中结构测定和分子设计必须具有扎实的结构化 学知识。
绪
四、主要参考书
论
1. 周公度等《结构化学习题解析（第4版）》，北京大学出版社，2008； 2. 麦松威等《高等无机结构化学（第2版）》，北京大学出版社，2006； 3. 李炳瑞《结构化学》，高等教育出版社，2004；
结构化学
湖南人文科技学院化学与材料科学系
吴超富 博士，副教授
二○一 一年 二 月
绪
论
一、结构化学研究的主要内容
结构化学是研究原子、分子、晶体的结构以及 结构与性质之间关系的科学。 主要包括: 量子力学基础知识、原子的结构和 性质、分子的结构和性质、化学键理论、晶体化学 、研究结构的实验原理和基本方法等内容。
2
量子力学基础知识
光子具有质量m和动量P。根据爱因斯坦质
能联系公式：
Leabharlann Baidu
mc
2
光子的质量m和动量P分别为：
h m c
光子的密度。
p
h

3 光子的强度取决于单位体积内光子的数目，即
4 光与物质作用时，能量守恒，动量守恒。
第一章
量子力学基础知识
光电效应的解释
当一束频率为v的光照射到金属表面时，根据能量守