物理化学 量子力学基础10

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1、第八章量子力学基础1什么是量子力学？量子力学是如何建立的？量子力学可以解决什么问题？参考书：曹天元《上帝掷骰子吗?-量子力学史话》O413.1K67喀兴林著《量子力学与原子世界》概述2量子力学及其建立过程量子力学是研究微观粒子（如原子、分子和电子等）运动规律的学科。量子力学的建立：经典物理学(1900年以前的物理学)旧量子论量子力学开尔文3量子力学诞生的实验基础黑体：能够吸收各种波长电磁辐射的物体。加热时能够最大程度地辐射各种波长的电磁波。例如：绝热、开有一个小孔的金属空腔。1.黑体辐射4经典物理学研究:瑞利（LordRayleigh,JW）和金斯(

2、JeansJH)经典物理学结论，Rayleigh-Jeans公式——“紫外灾难”5普朗克假定1900年，普朗克(PlanckM)认为：黑体中原子和分子辐射能量时做简谐振动,谐振子能量是不连续的,只能取某一最小能量单位的整数倍的数值——普朗克假定=n0，0=h（n＝0,1,2,…)由Planck假定推导出单位时间，单位表面积上辐射的能量为:这与黑体辐射实验结果完全相符。Planck假定是历史性的突破，从此建立起能量量子化的概念；荣获1918年诺贝尔物理学奖。6光照射到金属表面，能激发出电子,称光电子，这种现象称为光电效应；2.光电效应实验发现：产

3、生光电流时存在一个截止频率；光电子的动能与入射光强度无关，与频率呈线性增长关系。动能ν0{ν}入射光频率经典物理学认为电子能量由光的强度决定。71905年，爱因斯坦(EinsteinA)提出光子说，成功地解释了光电效应，获1921年的诺贝尔物理学奖光辐射能量是不连续的、量子化的，光子具有的能量=h；光电效应方程:爱因斯坦光子学说83.氢原子光谱1911年，英国物理学家卢瑟福提出了原子“行星”模型，认为原子是由电子绕核运动构成的；1913年，波尔根据Planck的量子论、Einstein的光子学说和上面的原子模型，建立了玻尔原子理论——原子的能量也是

4、量子化的。9波尔理论及结果定态假设：原子中的电子只能在某些特定的轨道上运动，有确定的能量，不辐射电磁波，处于稳定状态；频率假设：原子由一个定态(E1)跃迁到另一定态(E2),发射或吸收电磁波,其频率满足:h=

5、E2-E1

6、；算出氢原子各定态的半径和能量分别为:r=n2a0,E=-R/n2。数值取决于n2，且都是量子化的；波尔理论将电子轨道、能级和光谱线联系起来，成功地解释了原子的稳定性和光谱产生的原因，并预见紫外区有一新谱系，1915年这一谱系果然被拉曼找到，称拉曼系；促进了量子论的发展，开创了原子结构和光谱学的新纪元。波尔获得1922年诺贝尔物理学

7、奖。10从1900年普朗克的量子假设到1924年间发展起来的量子论称为旧量子论，是从经典物理学过渡到量子力学的桥梁。量子论认为,微观世界中物理量有最小单位，即量子。物理量的变化是分立的，不连续的，即量子化的。量子和量子化的性质是微观世界的基本特征之一。旧量子论贡献114.实物粒子的波粒二象性波粒二象性（wave-particleduality）是指一切物质粒子同时具备波的特质及粒子的特质；1887年Thomson发现电子是有一定质量、带一定负电荷的粒子；20世纪初，光的波粒二象性，爱因斯坦的光量子方程：0=h，p=h/，m=h/c1924年，法

8、国青年物理学家德布罗意(deBröglieL.)提出假设，实物粒子也有波性：=h，p=h/=m，=h/m实物粒子波动性称为德布罗意波或物质波；物质波的概念开辟了通往量子力学之路，德布罗意获得1929年诺贝尔物理学奖。12物质波的证明衍射实验。1925年，美国Davisson和Germer用镍单晶进行电子衍射实验，证实了物质波的假设。后来英国的Thomson也得到了同样的结果。电子束Davisson和Thomson分享1937年的诺贝尔物理学奖。此前，Thomson的父亲老Thomson因发现电子(1897年)并证明电子是粒子而获得1906

9、年的诺贝尔物理学奖。波粒二象性成为微观世界的第二个基本特征；13量子力学的诞生诞生于1925年末和1926年初；德国海森堡(W.Heisenberg)放弃波尔的原子模型假设，直接对可以测量的量如光的频率和振幅等所构成的数组进行研究。——建立了矩阵力学奥地利人薛定谔(E.Schrödinger)等人根据电子的波性，寻找和建立波动方程来描述电子运动的规律。——建立了波动力学计算氢原子的能级，得到完全一致、符合实验的结果。——第一个关于微观世界的规律。14矩阵力学与不确定度原理海森堡于1925年建立矩阵量子力学，获得1932年的诺贝尔物理学奖。1927年，海

10、森堡提出不确定度原理：微观粒子的坐标和动量不能同时准确测定，其不确定量的乘积不小于h/4。不