量子力学基础.ppt
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第二十一量子力学基础ppt文档
它们在 Z 轴的
电子概率分布
径向概率密度
角向概率密度
轴旋转所得的回旋面来描述。从原点引向回旋面
电子云1
以 Z 为轴的回旋面上的电子云側视图
电子云2
含 Z 轴的剖面上的电子云示意图
电子自旋
1、斯特恩 盖拉赫实验 4年德国物理学家斯特恩和革拉赫
自旋量子数
2、电子自旋概念 恩-革拉赫实验,1925年美籍荷兰物理学家乌仑 (1) (2)
归纳
不确定关系可推广到三维运动情况:
不确定关系式表明: 沿某一方向同时测量粒子的位置坐标和动量时 某确一定具关体系问可题用中来,划分可h 经以典看力成学是与一量个子小力到学被的忽界略限
例
例
此,即结电果子表的明波,动性,不会对显象管的正常工作造
例
例
拟完
下册完
后续选讲内容
第三节
波函数
自由粒子的波函数
下册完
备用资料
势垒
隧道效应
续上
扫描隧道显微镜
三、扫描隧道显微镜(STM)
金属1
金逸属1 出 电 势 垒 高
金属2
有微弱的电流 (隧道电流金)属从1
金属2
度 和势垒平均高度 分别以nm和eV为单位时 只要改变 0.1 n m(原子直径线度), 就会引
续上
沿 XY 逐行扫描的同时,自控系统
德布罗意
1923年他提出电子既具 1924年正式发表一切物质 1927年被实验证实。他的 1929年诺贝尔物理学奖。
德布罗意方程
微观粒子与光子一样,既具 ,也具有波动性,它们都是波粒二象性粒子,称为
既可用粒子性特征的动量 和能量 来 又可用波动性特征的频率 和波长 来
德布罗意波长
量子力学入门PPT资料(正式版)
• 不久之后的一些实验现象如光电效应,只能把光看作“一 份一份”的或是将其量子化才能得到合理的解释。当光照 射在金属表面,电子会离开初始位置逸出。这种现象的一 些特点只能在光的能量不连续的假设下才能被合理解释。 在一个光电设备(照相机的曝光表等),光照射在金属感 应器表面使得电子逸出。增加光的强度(同一频率的光) 能够让更多的电子逸出。而如果想要使电子的速度更快也 就是动能更大,必须增加光的频率。因此,光强只决定了 光电流的大小,也可以说是电路中电压的大小。这个现象 和传统的波动模型相悖,因为传统模型是源自对声波和海 洋波的研究,这个模型的结论是,振动源的初相位也就是 强度大小决定了所产生波的能量大小。同时,如何让表现 出光的粒子性和波动性的实验现象和谐共处的问题,也摆 在了物理学家的面前。
• 此处普朗克定律是物理学中第一个量子理论,也使普朗克荣获1918 年的诺贝尔奖“为表扬普朗克对于能量量子的发现和促使物理学进步 的贡献”。但当时普朗克认为量子化纯粹只是一种数学把戏,而非 (我们今日所知的)改变了我们对世界的理解的基本原理。
• 1690年,惠更斯提出了光的波动学说用以解释干涉和折射 现象,[7]而艾萨克·牛顿坚信光是由极其微小的粒子构成 的,他把这种粒子叫作“光子(corpuscles)”。
量子力学入门
第一个量子理论︰普朗克和黑体辐射
• • 铁匠房里的高温金属加工品。橘黄色的光芒是物体因高温
而发射出的热辐射之中看得见的那一部分。图片中每一样 物品同样以热辐射形式散发著光芒,但亮度不足,且肉眼 看不见较长的波长。远红外线摄影机可捕捉到这些辐射。 热辐射即物体因其自身温度而从物体表面发射出来的电磁 辐射。如果有一个物体经过充分加热以后,会开始发射出 光谱中红色端的光线而变得火红。再进一步加热物体时会 使颜色发生变化,发射出波长较短(频率较高)的光线。 而且这个物体既可以是完美的发射体,同时也可以是完美 的吸收体。当物体处于冰冷状态时,看起来是纯粹的黑色, 此时物体几乎不会发射出可见光,而且还会吸纳落在物体 上的光线。这个理想的热发射体就被视为黑体,而黑体发 出的辐射就称为黑体辐射。
《量子力学》课件
贝尔不等式实验
总结词
验证量子纠缠的非局域性
详细描述
贝尔不等式实验是用来验证量子纠缠特性的重要实验。通过测量纠缠光子的偏 振状态,实验结果违背了贝尔不等式,证明了量子纠缠的非局域性,即两个纠 缠的粒子之间存在着超光速的相互作用。
原子干涉仪实验
总结词
验证原子波函数的存在
详细描述
原子干涉仪实验通过让原子通过双缝,观察到干涉现象,证明了原子的波函数存在。这个实验进一步 证实了量子力学的预言,也加深了我们对微观世界的理解。
量子力学的意义与价值
推动物理学的发展
量子力学是现代物理学的基础之一,对物理学的发展产生了深远 的影响。
促进科技的创新
量子力学的发展催生了一系列高科技产品,如电子显微镜、晶体 管、激光器等。
拓展人类的认知边界
量子力学揭示了微观世界的奥秘,拓展了人类的认知边界。
量子力学对人类世界观的影响
01 颠覆了经典物理学的观念
量子力学在固体物理中的应用
量子力学解释了固体材料的电子 结构和热学性质,为半导体技术 和超导理论的发现和应用提供了
基础。
量子力学揭示了固体材料的磁性 和光学性质,为磁存储器和光电 子器件的发展提供了理论支持。
量子力学还解释了固体材料的相 变和晶体结构,为材料科学和晶
体学的发展提供了理论基础。
量子力学在光学中的应用
复数与复变函数基础
01
复数
复数是实数的扩展,包含实部和虚部,是量子力 学中描述波函数的必备工具。
02
复变函数
复变函数是定义在复数域上的函数,其性质与实 数域上的函数类似,但更为丰富。
泛函分析基础
函数空间
泛函分析是研究函数空间的数学分支,函数空间中的元素称为函数或算子。
量子力学基础知识_图文
当a=1cm时
在这种情况下,相邻能级间的距离是非常小的, 我们可以把电子的能级看作是连续的。 当a=10-10m时
在这种情况下,相邻能级间的距离是非常大的, 这时电子能量的量子化就明显的表现出来。
加速电压U=102V 电子准直直径为0向弥散可以忽略,轨道有意义。 宏观现象中
可看成经典粒子,从而可使用轨道概念。
讨论
1) 从量子过渡到经典的物理条件 如粒子的活动线度>> h
如例2所示的电子在示波管中的运动, 这时将电子看做经典粒子。
2) 微观粒子的力学量的不确定性 意味着物理量与其不确定量的数量级相同, 即P与P量级相同,r与r量级相同, 如例1所示的原子中运动的电子。
看到“冬虫夏草”这 个名字,许多人都会感到 奇怪;冬天还是动物,怎 么夏天又变成了植物呢? 自然界的变化,奥妙无穷 ,世界上就有这种一身兼 动物、植物的奇特生物。 冬天的形状完全是虫,夏 天的形状又象是草,所以 取了这么一个形象生动的 名字--冬虫夏草。
§22-4 薛定谔方程
1. 薛定谔方程的引入
例 估算一些物理量的量级: 估算 H 原子的轨道半径r;
H原子最稳定的半径 ——玻尔半径。
解 设H原子半径为r, 则电子活动范围 由不确定关系
假设核静止 按非相对论 ,电子能量为
代入
得
最稳定,即能量最低
得
Å
一张有趣的图片 少女还是老妇? 两种图象不会同 时出现在你的视 觉中。
“冬虫夏草” -
是虫还是草 ?
德布罗意假设:实物粒子具有波粒二象性。
德布罗意公式
注意
1)若
则
若
则
2)宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测 量的程度,因此宏观物体仅表现出粒子性。
在这种情况下,相邻能级间的距离是非常小的, 我们可以把电子的能级看作是连续的。 当a=10-10m时
在这种情况下,相邻能级间的距离是非常大的, 这时电子能量的量子化就明显的表现出来。
加速电压U=102V 电子准直直径为0向弥散可以忽略,轨道有意义。 宏观现象中
可看成经典粒子,从而可使用轨道概念。
讨论
1) 从量子过渡到经典的物理条件 如粒子的活动线度>> h
如例2所示的电子在示波管中的运动, 这时将电子看做经典粒子。
2) 微观粒子的力学量的不确定性 意味着物理量与其不确定量的数量级相同, 即P与P量级相同,r与r量级相同, 如例1所示的原子中运动的电子。
看到“冬虫夏草”这 个名字,许多人都会感到 奇怪;冬天还是动物,怎 么夏天又变成了植物呢? 自然界的变化,奥妙无穷 ,世界上就有这种一身兼 动物、植物的奇特生物。 冬天的形状完全是虫,夏 天的形状又象是草,所以 取了这么一个形象生动的 名字--冬虫夏草。
§22-4 薛定谔方程
1. 薛定谔方程的引入
例 估算一些物理量的量级: 估算 H 原子的轨道半径r;
H原子最稳定的半径 ——玻尔半径。
解 设H原子半径为r, 则电子活动范围 由不确定关系
假设核静止 按非相对论 ,电子能量为
代入
得
最稳定,即能量最低
得
Å
一张有趣的图片 少女还是老妇? 两种图象不会同 时出现在你的视 觉中。
“冬虫夏草” -
是虫还是草 ?
德布罗意假设:实物粒子具有波粒二象性。
德布罗意公式
注意
1)若
则
若
则
2)宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测 量的程度,因此宏观物体仅表现出粒子性。
量子力学(全套) ppt课件
1 n2
人们自然会提出如下三个问题:
1. 原子线状光谱产生的机制是什么? 2. 光谱线的频率为什么有这样简单的规律?
nm
3. 光谱线公式中能用整数作参数来表示这一事实启发我们 思考: 怎样的发光机制才能认为原子P的PT课状件态可以用包含整数值的量来描写12 。
从前,希腊人有一种思想认为:
•2.电子的能量只是与光的频率有关,与光强无关,光
强只决定电子数目的多少。光电效应的这些规律是经典
理论无法解释的。按照光的电磁理论,光的能量只决定
于光的强度而与频率无关。
PPT课件
24
(3) 光子的动量
光子不仅具有确定的能量 E = hv,
而且具有动量。根据相对论知,速度 为 V 运动的粒子的能量由右式给出:
nm
11
谱系
m
Lyman
1
Balmer
2
Paschen
3
Brackett
4
Pfund
5
氢原子光谱
n 2,3,4,...... 3,4,5,...... 4,5,6,...... 5,6,7,...... 6,7,8,......
区域 远紫外 可见 红外 远红外 超远红外
RH
C
1 m2
自然之美要由整数来表示。例如:
奏出动听音乐的弦的长度应具有波长的整数倍。
这些问题,经典物理学不能给于解释。首先,经典物理学不能 建立一个稳定的原子模型。根据经典电动力学,电子环绕原子 核运动是加速运动,因而不断以辐射方式发射出能量,电子的 能量变得越来越小,因此绕原子核运动的电子,终究会因大量 损失能量而“掉到”原子核中去,原子就“崩溃”了,但是, 现实世界表明,原子稳定的存在着。除此之外,还有一些其它 实验现象在经典理论看来是难以解释的,这里不再累述。
《量子力学基础》PPT课件_OK
光的粒子性:
光电效应和康普顿效应等证明 光的粒子性。 光在与物质作用,转移能量时 显显示粒子性。
h
p h
或 p k
•4
光是粒子性和波动性的矛盾统一体。
原子物理学(Atomic Physics)
二、微观粒子的波粒二象性
1、德布罗意假说 (L.De Broglie)
德布罗意
“整个世纪以来,在光学上比起波动的研究方法,是过 于忽略了粒子的研究方法,在实物理论上,是否发生了 相反的错误呢?是不是我们把粒子的图象想的太多,而 过分忽略了波的图象?”
1 n2
谱 线 •31 的
RH
1 m
2
1 n2
波 数
原子物理学(Atomic Physics)
•32
原子物理学(Atomic Physics)
三、氢原子中电子的几率分布
z
d r 2 sin drdd
d rsin
d sin dd
dS r 2 sin dd
2.一个粒子就是一个 波,或粒子只是由许多 波组合起来的一个波 包,波包的速度也就是 粒子的速度,波包的活 动表现出粒子的性质 。
电子衍射动画3
•16
原子物理学(Atomic Physics)
粒子与描写它的波之间的关系:
伴随粒子的波反映了粒子具有波粒二象性
电子的 粒子性
电子的 波动性
表现在不可分割、稳定不变 的特性,表现在它的一次行 为上。
第三章 量子力学基础
思维世界的发展,从某种意义上说,就 是对“惊奇”的不断摆脱。
—爱因斯坦
•2021/7/26 •1
原子物理学(Atomic Physics)
• §3.1微观粒子的波粒二象性 • §3.2测不准关系 • §3.3 波函数及其统计解释 • §3.4 Schrödinger方程算符 • §3.5量子力学问题的简例 • §3.6 氢原子的量子力学描述
量子力学ppt
详细描述
量子计算和量子通信是量子力学的重要应用之一,具有比传统计算机和通信更高的效率和安全性。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式,具有比传统计算机更快的计算速度和更高的安全性。量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式,可以保证通信过程中的安全性和机密性。这两个应用具有广泛的应用前景,包括密码学、金融、人工智能等领域。
薛定谔方程
广泛应用于原子、分子和凝聚态物理等领域,可以用于描述物质的量子性质和现象。
薛定谔方程的应用
哈密顿算符与薛定谔方程
03
量子力学中的重要概念
是量子力学中的一种重要运算符号,用于描述量子态之间的线性关系,可以理解为量子态之间的“距离”。
狄拉克括号
是一种量子化方法,通过引入正则变量和其对应的算符,将经典物理中的力学量转化为量子算符,从而建立量子力学中的基本关系。
描述量子系统的状态,可以通过波函数来描述。
量子态与波函数
量子态
一种特殊的函数,可以表示量子系统的状态,并描述量子粒子在空间中的概率分布。
波函数
波函数具有正交性、归一性和相干性等性质,可以用于计算量子系统的性质和演化。
波函数的性质
一种操作符,可以用于描述物理系统的能量和动量等性质。
哈密顿算符
描述量子系统演化的偏微分方程,可以通过求解该方程得到波函数和量子系统的性质。
量子优化
量子优化是一种使用量子计算机解决优化问题的技术。最著名的量子优化算法是量子退火和量子近似优化算法。这些算法可以解决一些经典优化难以解决的问题,如旅行商问题、背包问题和图着色问题等。然而,实现高效的量子优化算法仍面临许多挑战,如找到合适的启发式方法、处理噪声和误差等。
量子信息中的量子算法与量子优化
解释和预测新材料的物理性质,如超导性和半导体性质等。
量子计算和量子通信是量子力学的重要应用之一,具有比传统计算机和通信更高的效率和安全性。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式,具有比传统计算机更快的计算速度和更高的安全性。量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式,可以保证通信过程中的安全性和机密性。这两个应用具有广泛的应用前景,包括密码学、金融、人工智能等领域。
薛定谔方程
广泛应用于原子、分子和凝聚态物理等领域,可以用于描述物质的量子性质和现象。
薛定谔方程的应用
哈密顿算符与薛定谔方程
03
量子力学中的重要概念
是量子力学中的一种重要运算符号,用于描述量子态之间的线性关系,可以理解为量子态之间的“距离”。
狄拉克括号
是一种量子化方法,通过引入正则变量和其对应的算符,将经典物理中的力学量转化为量子算符,从而建立量子力学中的基本关系。
描述量子系统的状态,可以通过波函数来描述。
量子态与波函数
量子态
一种特殊的函数,可以表示量子系统的状态,并描述量子粒子在空间中的概率分布。
波函数
波函数具有正交性、归一性和相干性等性质,可以用于计算量子系统的性质和演化。
波函数的性质
一种操作符,可以用于描述物理系统的能量和动量等性质。
哈密顿算符
描述量子系统演化的偏微分方程,可以通过求解该方程得到波函数和量子系统的性质。
量子优化
量子优化是一种使用量子计算机解决优化问题的技术。最著名的量子优化算法是量子退火和量子近似优化算法。这些算法可以解决一些经典优化难以解决的问题,如旅行商问题、背包问题和图着色问题等。然而,实现高效的量子优化算法仍面临许多挑战,如找到合适的启发式方法、处理噪声和误差等。
量子信息中的量子算法与量子优化
解释和预测新材料的物理性质,如超导性和半导体性质等。
量子力学基础通用课件
历史发展
量子力学的起源可以追溯到20世纪初,由普朗克、爱因斯坦、玻尔等科学家的 开创性工作奠定基石。随后,薛定谔、海森堡、狄拉克等科学家进一步完善了 量子力学理论体系。
量子力学的基本概念和原理
基本概念
波函数、量子态、测量、算符等 是量子力学的基本概念,用于描 述微观粒子的状态和性质。
基本原理
叠加原理、测不准原理、量子纠 缠等是量子力学的基本原理,反 映了微观世界的奇特性质和规律 。
应用领域
量子计算和量子信息在密码学、 化学模拟、优化问题、机器学习 等领域具有广泛的应用前景。
05
现代量子力学研究的前沿问题
量子纠缠和量子通信
量子纠缠的研究现状和意义
详细介绍量子纠缠的概念、性质,以及其在量子信息传输、量子 密码学等领域的应用。
基于纠缠态的量子通信协议
如BB84协议、E91协议等,并分析它们的优缺点。
应用总结
量子力学在多个领域有着广泛应用,如原子能级与光谱、半导体器件、超导与磁性材料、量子计算与 量子信息等。通过本课件的学习,学生应能了解这些应用背后的量子力学原理,以及量子力学在解决 实际问题时的优势与局限。
对未来量子力学研究和发展的展望
理论研究展望
随着实验技术的进步,未来量子力学研 究将更加注重高精度、高效率的数值模 拟与解析计算,以解决复杂多体问题、 拓扑物态、量子引力等前沿课题。此外 ,与相对论、宇宙学等其他理论的交叉 研究也将成为热点。
THANKS
感谢观看
对于包含多个电子的原子,需要考虑电子之间的相互作用和自旋等效应。多电子原子的量子力学处理更为复杂, 需要采用近似方法和数值计算等手段进行求解。
04
量子力学的应用和实验验证
量子隧穿效应
量子力学的起源可以追溯到20世纪初,由普朗克、爱因斯坦、玻尔等科学家的 开创性工作奠定基石。随后,薛定谔、海森堡、狄拉克等科学家进一步完善了 量子力学理论体系。
量子力学的基本概念和原理
基本概念
波函数、量子态、测量、算符等 是量子力学的基本概念,用于描 述微观粒子的状态和性质。
基本原理
叠加原理、测不准原理、量子纠 缠等是量子力学的基本原理,反 映了微观世界的奇特性质和规律 。
应用领域
量子计算和量子信息在密码学、 化学模拟、优化问题、机器学习 等领域具有广泛的应用前景。
05
现代量子力学研究的前沿问题
量子纠缠和量子通信
量子纠缠的研究现状和意义
详细介绍量子纠缠的概念、性质,以及其在量子信息传输、量子 密码学等领域的应用。
基于纠缠态的量子通信协议
如BB84协议、E91协议等,并分析它们的优缺点。
应用总结
量子力学在多个领域有着广泛应用,如原子能级与光谱、半导体器件、超导与磁性材料、量子计算与 量子信息等。通过本课件的学习,学生应能了解这些应用背后的量子力学原理,以及量子力学在解决 实际问题时的优势与局限。
对未来量子力学研究和发展的展望
理论研究展望
随着实验技术的进步,未来量子力学研 究将更加注重高精度、高效率的数值模 拟与解析计算,以解决复杂多体问题、 拓扑物态、量子引力等前沿课题。此外 ,与相对论、宇宙学等其他理论的交叉 研究也将成为热点。
THANKS
感谢观看
对于包含多个电子的原子,需要考虑电子之间的相互作用和自旋等效应。多电子原子的量子力学处理更为复杂, 需要采用近似方法和数值计算等手段进行求解。
04
量子力学的应用和实验验证
量子隧穿效应
量子力学ppt课件
To see a world in a grain of sand and a heaven in a wild flower Hold infinite in the palm of your hand and eternity in an hour.
一粒沙里有一个世界 一朵花里有一个天堂 把无穷无尽握于手掌 永恒宁非是刹那时光 (荷兰,乌仑贝克,1925年电子自旋发现者)
一. 黑体辐射问题
黑体:一个物体能全部吸收辐射在它上面的电磁波而无反 射。 热辐射:任何物体都有热辐射。 当黑体的辐射与周围物体处于平衡状态时的能量分布:
热力学+特殊假设→维恩公式, (长波部分不一致). 经典电动力学+统计物理学→瑞利金斯公式(短波部分完 全不一致) 二.光电效应
光照在金属上有电子从金属上逸出的现象,这种电子叫光 电子。光电效应的规律: (1)存在临界频率 ; (2)光电子的能量只与光的频率有关,与光强无关,光 频率越高,光电子能量越大,光强只影响光电子数目。光 强越大,光电子数目越多。
1921诺贝尔物理学奖
• A.爱因斯坦 • 对现代物理方面的
贡献,特别是阐明 光电效应的定律
二、爱因斯坦光量子理论
爱因斯坦在普朗克能量子论基础上进一步提出光量 子(或光子)的概念。辐射场是由光量子组成的,光 具有粒子特性,既有能量,又有动量。
光是以光速 c 运动的微粒流,称为光量子(光子)
光子的能量 h 说明光具有微粒性
m m0
1
v2 c2
h
n
c
h 0
c
n0
X
mv
0
2h m0c
sin2
2
康普顿散射公式
c
h m0c
一粒沙里有一个世界 一朵花里有一个天堂 把无穷无尽握于手掌 永恒宁非是刹那时光 (荷兰,乌仑贝克,1925年电子自旋发现者)
一. 黑体辐射问题
黑体:一个物体能全部吸收辐射在它上面的电磁波而无反 射。 热辐射:任何物体都有热辐射。 当黑体的辐射与周围物体处于平衡状态时的能量分布:
热力学+特殊假设→维恩公式, (长波部分不一致). 经典电动力学+统计物理学→瑞利金斯公式(短波部分完 全不一致) 二.光电效应
光照在金属上有电子从金属上逸出的现象,这种电子叫光 电子。光电效应的规律: (1)存在临界频率 ; (2)光电子的能量只与光的频率有关,与光强无关,光 频率越高,光电子能量越大,光强只影响光电子数目。光 强越大,光电子数目越多。
1921诺贝尔物理学奖
• A.爱因斯坦 • 对现代物理方面的
贡献,特别是阐明 光电效应的定律
二、爱因斯坦光量子理论
爱因斯坦在普朗克能量子论基础上进一步提出光量 子(或光子)的概念。辐射场是由光量子组成的,光 具有粒子特性,既有能量,又有动量。
光是以光速 c 运动的微粒流,称为光量子(光子)
光子的能量 h 说明光具有微粒性
m m0
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康普顿散射公式
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H 486.1
H
H
434.1 410.2
第一节 玻尔的氢原子结构理论
Байду номын сангаас
氢原子光谱的规律性
1885年,瑞士中学教师巴耳末(Balmer)发现了适合氢原子光 谱一个线系的经验公式:
1
1 R( 22
1 n2 ),
n 3, 4,5
其中为波数,R称为里德伯常量 (Rydberg constant) ,其实验
原子发光,一定带有原子结构的信息。而上述光谱规律又如何
解释呢,又带有了怎样的原子结构信息? 当时关于原子结构的模型是由汤姆逊(J. J. Thomson)的“西瓜模 型”发展而来的卢瑟福(Enerst Rutherford)的核式模型。但卢瑟 福的核式模型有致命缺陷:绕核运动的电子有加速度,根据经 典理论它要不断地发射连续谱的能量;同时由于能量的丧失轨
道收缩而落向原子核,最后导致原子崩溃。其寿命不到10-8s, 即这样的原子模型不可能是一个稳定系统。
第一节 玻尔的氢原子结构理论
原子结构模型
1897年汤姆逊发现电子,1904年提 出了原子的“西瓜模型”,也可叫 做“果冻葡萄干”模型。占原子绝 大部分质量的、带正电荷的“果肉” 占据了原子的体积,带负电的电子 犹如镶嵌其中的“西瓜籽”。
第十二章 量子力学基础
19世纪末经典物理的无能为力——
★迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射研究中的困境 。 ★ 1895年伦琴(Wilhelm Konrad Rontgen)发现了X射线。 ★ 1896年贝克勒尔(Antoine Herni Becquerel)发现了铀元
素的放射现象。 ★1897年居里夫妇(Marie&Pierre Curie) 研究了放射性,
质量为m的电子在稳定轨道上以速度v绕核 运动时,库仑力提供向心力:
同时,电子的角动量要满足量子条件:
1
4 0
e2 r2
v2 m
r
mvr n h n 1, 2,3...
2
联立可求得电子运动轨道半径:
rn
n2
0h2 me2
3. 频率条件
当原子从一个能量为En 的定态跃迁到另一个能量Ek 为的定态
时,就要发射或吸收一个频率为 的光子:
En Ek h
第一节 玻尔的氢原子结构理论
从基本假设作的半经典理论计算
在上述基本假设的基础上,加上经典理论,定量地计算了氢原子 的定态的轨道半径和能量,成功的解释了氢原子光谱的规律性。
但这一模型无法解释卢瑟福 散射——粒子的大角散射:
(Alpha particles = He++)
第一节 玻尔的氢原子结构理论
二、玻尔的氢原子理论
1913年,丹麦物理学家玻尔(Niels Bohr,1885—1962)在卢瑟 福模型的基础上,抛弃了部分经典理论的概念,引入普朗克和 爱因斯坦的量子概念,提出一个有关氢原子的模型。以下是玻 尔的主要思想。
光谱学是研究物质结构和组分的技术学科之一。处于聚集状态的 物质,如灯泡中的灯丝或高压下的气体加热到白炽后其辐射光谱 为连续谱。而灼热低压蒸气或气体中的原子或分子相隔甚远,相 互作用弱,它们的发射谱是线状谱。
氢原子光谱 (Hydrogen spectrum)
氢原子光谱可见 光区域内的一组 光谱线。
H 656.3nm
第十二章 量子力学基础
第十二章 量子力学基础
量子力学是二十世纪初诞生并发展起来的研究微观 粒子的运动规律的物理学分支学科,它主要研究原 子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的 结构、性质的基础理论,它与相对论一起构成了现 代物理学的理论基础。 量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章之 一,我们会看到物理大厦在狂风暴雨下轰然坍塌, 却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到 最革命的思潮席卷大地,带来了让人惊骇的电闪雷 鸣,同时却又展现出震撼人心的美丽。
量子力学的建立,是人类认识自然的进一步深化,它从发生 发展到现在的一个世纪里,经历了无数事实的检验,是我们 认识和改造自然的不可缺少的工具。量子力学所涉及的规律 极为普遍,它已深入到物理学的各个领域,在化学、药学、 生物学的研究中有着越来越广泛的应用。
第一节 玻尔的氢原子结构理论
一、氢原子光谱的规律性
第一节 玻尔的氢原子结构理论
而且后来还发现有相同规律的其它线系,如红外部分的布拉开 (Brackett)系(k=4)和普丰德(Pfund)系(k=5) 。氢原子的光谱系还 可进一步概括成简单公式:
R
1 k2
1 n2
T (k) T (n)
即氢原子光谱各线系的波数为两光谱项T(k)和T(n)之差(n≥k+1)。 而且其它原子光谱也有相同的一些规律。
1. 量子条件(quantum condition)
在电子绕核作圆周运动的过程中,只有电子的角动量 L 等于 h/2的整数倍的轨道才是稳定的:
L mvr n h n , n 1, 2,3
2
第一节 玻尔的氢原子结构理论
2. 定态假设
原子系统只能处于一系列不连续的能量状态,在这些状态中, 虽然电子绕核作加速运动,但不辐射电磁波,相应的能量分别 为 E1 ,E2 ,E3 ,……
值为R=1.0967758×107/m,以瑞典数学家和物理学家里德伯名
字命名。而这一组光谱线叫做巴耳末系。
除此以外,在氢原子光谱的紫外和红外部分还有可表示为相同
规律的莱曼(Lyman)系和帕邢(Paschen)系:
1
R(112
1 n2
),
n 2,3, 4
1
1 R( 32
1 n2 ),
n 4,5,6
并发现了更多的放射性元素:钍、钋、镭。 ★1897年J.J.汤姆逊(Joseph John Thomson)在研究了阴极
射线后认为它是一种带负电的粒子流—电子被发现。 ★1899年卢瑟福(Ernest Rutherford)发现元素嬗变现象。 ★
第十二章 量子力学基础
本章将对量子力学基本概念做简单介绍: 1913年,玻尔在普朗克和爱因斯坦量子概念的基础上创造性 地将量子概念应用到卢瑟福的原子模型,成功地解释了氢光 谱。玻尔理论称为旧量子理论。 1923年,德布罗意提出“物质的波粒二象性”为薛定谔建立 波动力学方程打下基础。 1926年,玻恩提出波函数的统计解释。 1927年,海森伯提出了不确定原理 … 新量子理论逐渐形成。量子理论应用举例。