量子力学基础知识学习课件

牛顿(Newton, Sir Isaac 1642-1727)，英国伟大的数 学家、物理学家、天文学家 和自然哲学家。
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College of Chemistry, LNU
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
1.1 微观粒子的运动特征
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。
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黑体辐射和能量量子化
带有一微孔的空心金属 球，非常接近于黑体，进入 金属球小孔的辐射，经过多 次吸收、反射、使射入的辐 射实际上全部被吸收。当空 腔受热时，空腔壁会发出辐 射，极小部分通过小孔逸出。
因此，黑体辐射时能量是不连续的、即是量子化的。
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黑体辐射和能量量子化
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 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；
②当外加电压减小到零并逐渐趋 向于负值时,电流不等于零,表明 光电子具有一定的动能,能够克 服反向电场力的作用.
某一频率下不同光强 光电流I和外加电压U的关系
③只有外加电压负的足够大,才 使电流为零,这个电压称为遏止 电压.遏止电压和强度无关,和入 射光频率有关.
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1918年，Planck获得的诺贝尔物理学奖。
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黑体辐射和能量量子化
频率为的振动的平均能量为:
h
h
e kT 1
单位时间,单位表面 积上辐射的能量为:
Ev
2h 3
c2
eh kT
11
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黑体辐射和能量量子化
★ 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。
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1.1 微观粒子的运动特征
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。
光电效应实验装置图
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光电效应和光子学说
①当外加电压足够大时,电流趋 向最大值.
黑体辐射和能量量子化
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
3. 称为能量子
Planck
h —谐振子固有频率
h —普朗克常数， h 6.6261034 J s
此只要有足够的强度,任何频率的光都能产生光电 效应,而电子的动能将随光强的增加而增加,与光的 频率无光,与实验事实明显不符。
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黑体辐射和能量量子化
E
T=1500K T=1000K

在不同温度下黑体 辐射的能量分布曲线
实验得到： 黑体辐射时能量密度按频率
(或波长)分布的关系曲线。
E：能量密度 单位表面积、单位时间黑体
辐射的能量。
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光电效应和光子学说
• 光电子的产生与入射光的频率有关
实
只有当



时，
0
才会产生光电子。
验

称为该金属的临阈频率。
0
现
象 • 光电子的动能与入射光的频率成正比，
而与光的强度无关。
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光电效应和光子学说
★ 经典物理学的解释
经典光波图像认为： 波的能量与它的强度成正比,而与频率无关,因
结构化学基础
量子力学基础知识
1.1 微观粒子的运动特征 1.2 量子力学基本假设 1.3 箱中粒子的Schrödinger方程及其解
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§ 1.1 微观粒子的运动特征
经典力学的回顾
1687年，Newton的《自然哲学的数学 原理》在伦敦出版，确立了牛顿力学。 在以后的年代里, Lagrange创立分析力 学; Ampere、Weber、Maxwell等人 创立电磁场理论；Boltzmann、Gibbs 等人创立统计力学,热力学……. 到19世 纪末，经典物理学大厦基本建成，它在 一系列问题上取得了令人目眩的辉煌成 就。
经典物理学能否用来描述微观粒子的运动状态
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1.1 微观粒子的运动特征
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）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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黑体辐射和能量量子化
Rayleigh-Jeans (瑞利－金斯)曲线
E
Wien(维恩) 曲线
紫外 灾难
低频时，瑞利-金斯曲线与实
验曲线比较吻合；在高频时，维
实验曲线
恩曲线较吻合。 但是在频率接近紫外光时，理
0
紫外
论计算值趋于无穷。
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黑体辐射和能量量子化
由图中不同温度的曲线可见:
①随温度增加，辐射能Eν值
增大，且其极大值向高频移动， 最大强度向短波区移动（蓝移）。
②随着温度升高，辐射总能 量（曲线所包围的面积）急剧增 加。
E
T=1500K T=1000K

在不同温度下黑体 辐射的能量分布曲线