量子力学知识点总结(精.选)

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量子力学主要知识点复习资料

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大学量子力学主要知识点复习资料,填空及问答部分1能量量子化辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子,这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。

这些谐振子只能处于某些分立的状态,在这些状态下,谐振子的能量不能取任意值,只能是某一最小能量ε 的整数倍εεεεεn ,,4,3,2,⋅⋅⋅ 对频率为ν 的谐振子, 最小能量ε为: νh =ε2.波粒二象性波粒二象性(wave-particle duality )是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。

波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。

在经典力学中,研究对象总是被明确区分为两类:波和粒子。

前者的典型例子是光,后者则组成了我们常说的“物质”。

1905年,爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释,人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。

1924年,德布罗意提出“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性。

根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象,这被后来的电子衍射试验所证实。

德布罗意公式h νmc E ==2λhm p ==v3.波函数及其物理意义在量子力学中,引入一个物理量:波函数 ,来描述粒子所具有的波粒二象性。

波函数满足薛定格波动方程0),()](2[),(22=-∇+∂∂t r r V mt r t i ρρηρηψψ 粒子的波动性可以用波函数来表示,其中,振幅表示波动在空间一点(x ,y,z )上的强弱。

所以,应该表示 粒子出现在点(x,y,z )附件的概率大小的一个量。

从这个意义出发,可将粒子的波函数称为概率波。

自由粒子的波函数)](exp[Et r p i A k -⋅=ψ=ψρρη波函数的性质:可积性,归一化,单值性,连续性 4. 波函数的归一化及其物理意义常数因子不确定性设C 是一个常数,则 和 对粒子在点(x,y,z )附件出现概率的描述是相同的。

相位不定性如果常数 ,则 和 对粒子在点(x,y,z )附件出现概率的描述是相同的。

量子力学的知识点

量子力学的知识点

量子力学的知识点量子力学是一门研究微观世界的物理学分支,它描述了微观粒子的行为和相互作用。

本文将介绍一些量子力学的基本概念和知识点。

1. 波粒二象性:量子力学中最基本的概念之一是波粒二象性。

根据波粒二象性,微观粒子既可以表现出波动性,也可以表现出粒子性。

例如,电子和光子既可以像粒子一样被探测到,也可以像波一样干涉和衍射。

2. 不确定性原理:不确定性原理是量子力学的核心原理之一,由海森堡提出。

它指出,在某一时刻,无法同时准确测量一个粒子的位置和动量。

换句话说,粒子的位置和动量不能同时被完全确定。

3. 波函数和量子态:波函数是量子力学中描述微观粒子的数学工具。

它可以用来计算粒子的概率分布和状态。

量子态则是描述粒子的完整信息,包括波函数和其他相关信息。

4. 叠加态和量子叠加:叠加态是指一个粒子处于多个可能状态的叠加状态。

量子叠加是指粒子在没有被观测之前,可以同时处于多个可能状态,直到被观测时才会坍缩到其中一个确定的状态。

5. 纠缠态和量子纠缠:纠缠态是指多个粒子之间存在相互关联的状态。

量子纠缠是指两个或多个粒子之间的状态相互依赖,无论它们之间有多远的距离。

6. 测量和量子测量:量子测量是指对一个量子系统进行观测,以获取它的某个性质的数值。

量子测量会导致波函数坍缩,从而确定粒子的状态。

7. 哥本哈根解释:哥本哈根解释是量子力学最广泛接受的解释之一,由波尔和海森堡等人提出。

它强调了观察者在量子系统中的重要性,认为观测会导致波函数坍缩,从而决定粒子的状态。

8. 量子力学的应用:量子力学在现代科学和技术中有广泛的应用。

例如,量子力学在原子物理学、核物理学、凝聚态物理学和量子计算等领域发挥着重要作用。

总结起来,量子力学是一门研究微观世界的物理学分支,它涉及到波粒二象性、不确定性原理、波函数和量子态、叠加态和量子叠加、纠缠态和量子纠缠、测量和量子测量、哥本哈根解释以及量子力学的应用等知识点。

通过深入了解这些知识点,我们可以更好地理解微观世界的奥秘,并应用于相关领域的研究和技术发展中。

第一章量子力学基础知识总结

第一章量子力学基础知识总结

第一章量子力学基础知识总结微观粒子的运动特征1.黑体辐射和能量量子化●黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种波长辐射的物体。

●黑体辐射的能量量子化公式:●普朗克常数(h=6.626×10-34 J·s)2.光电效应和光子学说●只有当照射光的频率超过某个最小频率(即临阈频率)时,金属才能发射光电子。

●不同金属的临阈频率不同。

●随着光强的增加,发射的电子数也增加,但不影响光电子的动能。

●增加光的频率,光电子的动能也随之增加●式中h为Planck常数,ν为光子的频率●m = h /c2所以不同频率的光子有不同的质量。

●光子具有一定的动量(p)P = mc = h /c = h/λ●光的强度取决于单位体积内光子的数目,即光子密度。

Ek = h -W3.实物微粒的波力二项性● E = h v , p = h / λ●光(各种波长的电磁辐射)和微观实物粒子(静止质量不为0的电子、原子和分子等)都有波动性(波性)和微粒性(粒性)的两重性质,称为波粒二象性4.不确定度关系●具有波动性的粒子其位置偏差(△x )和动量偏差(△p )的积恒定.,有以下关系:量子力学基本假设1、波函数和微观粒子的状态●波函数ψ和微观粒子的状态●合格波函数的条件2、物理量和算符●算符:对某一函数进行运算,规定运算操作性质的符号。

如:sin,log等。

线性算符:Â( 1+ 2)=Â 1+Â 2自轭算符:∫ 1*Â 1 d =∫ 1(Â 1 )*d 或∫ 1*Â 2 d =∫2(Â 1 )*d3、本征态、本征值和Schrödinger方程●A的本征方程Aψ= aψa 称为力学量算符 A 的本征值,ψ称为A的本征态或本征波函数,4、态叠加原理●若 1, 2… n为某一微观体系的可能状态,由它们线性组合所得的 也是该体系可能的状态。

5、Pauli(泡利)原理●在同一原子轨道或分子轨道上,至多只能容纳两个自旋相反的电子。

量子力学知识点总结

量子力学知识点总结

v

2mx

1.05 1034 2 9.1 1031 1010

0.6106 m/s
按经典力学计算
v2 m
r

k
e2 r2
v
ke2 mr
9109 (1.6 1019 )2 9.11031 0.5 1010
2.2106m/s
速度与其不确定度 同数量级。可见,对原 子内的电子,谈论其速 度没有意义,描述其运 动必须抛弃轨道概念, 代之以电子云图象。
Eˆ i 哈密顿算符 t
pˆ x

i


x
2
xˆ x 2 U
定态薛定谔方程(一维)
条件:U=U(x,y,z)

不随时间变化。
2 2m
2m 2Ψ x2 U( x)Ψ

i Ψ t
一般薛定谔方程(三维) 2 2 U i
2m
5. (1) 用 4 个量子数描述原子中电子的量子态,这 4 个 量子数各称做什么,它们取值范围怎样?
(2) 4 个量子数取值的不同组合表示不同的量子态, 当 n = 2 时,包括几个量子态?
(3) 写出磷 (P) 的电子排布,并求每个电子的轨道角 动量。
答:(1) 4 个量子数包括: ➢ 主量子数 n, n = 1, 2, 3,… ➢ 角量子数 l, l = 0, 1, 2,…, n-1 ➢ 轨道磁量子数 ml, ml = 0, 1, …, l ➢ 自旋磁量子数 ms, ms = 1/2
处单位体积元中发现一个粒子的概率,称为概率密度。
因此波函数 y 又叫概率幅。
六、不确定关系
位置动量不确定关系: xpx / 2 能量时间不确定关系: Et / 2

量子力学基础 知识点

量子力学基础 知识点

量子物理知识点小结一、普朗克能量子假说1、黑体辐射的实验定律2、普朗克能量子假说2)维恩位移定律:T λm = b1)斯特藩-玻耳兹曼定律: M (T ) = σT 4对频率为ν 的谐振子, 最小能量 ε 为: ⋅⋅⋅⋅⋅⋅,,,3,2,εεεεn νh =ε谐振子的能量不能取任意值,只能是某一最小能量ε 的整数倍,二、爱因斯坦光量子假说1、光量子假说 W m h νm+=221v 2、光电效应方程: 光具有“波粒二象性”光子的动量: λhp =光子的能量: h ν=ε碰撞过程中能量守恒: 2200mc h νc m h ν+=+v m e h e h n +=λλ00碰撞过程中动量守恒:波长的偏移量:)cos 1(0θλλλλ-=-=∆c nm 00243.0m 10432120=⨯⋅≈=-cm h c λ康普顿波长: 三、康普顿效应(X 射线光子与自由电子碰撞)四、玻尔氢原子理论一切实物粒子都具有波粒二象性 2)角动量量子化条件假设; 1)定态假设; 3)频率条件假设h νmc E ==2λh m p ==v ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≥∆⋅∆≥∆⋅∆≥∆⋅∆222 z y x p z p y p x 2≥∆⋅∆t Ε五、德布罗意假说六、不确定性关系:七、波函数2、波函数满足的条件1、波函数的统计意义1)归一化条件t 时刻,粒子在空间r 处的单位体积中出现的概率, 与波函数模的平方成正比。

*2),(ΨΨt r ΨdVdW w === 概率密度: 12=⎰⎰⎰dV Ψ粒子在整个空间出现的总概率等于 1 , 即: 2)标准化条件:单值、连续、有限一维情况: 1)(2=⎰+∞∞-dx x Ψ八、定态薛定谔方程1、定态:若粒子的势能 E P (x ) 与 t 无关,仅是坐标的函数, 微观粒子在各处出现的概率与时间无关2、一维定态薛定谔方程: 0)()()(=-+x E E 2m dx x d P 222ψψ九、氢原子,3,2,1,1)8(22204=⋅-=n nh me E n ε1、能量量子化和主量子数n 2、角动量量子化和角量子数l)1(2)1(+=+=l l h l l L π1,,3,2,1,0-=n l 3、角动量空间量子化和磁量子数m ll m m L l l z ±±±==,,2,1,0, 4、自旋角动量和自旋量子数 21,)1(=+=s s s S 21,±==s s z m m S十、原子的电子壳层结构1、原子中电子状态由四个量子数(n 、l 、m l 、 m s )决定用 K , L , M , N , O , P , …. 表示 2、原子的壳层结构主量子数 n 相同的电子属于同一壳层壳层n = 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , …. 同一壳层中( n 相同),l 相同的电子组成同一分壳层 支壳层 用 s , p , d , f , … , 表示l = 0, 1 , 2 , 3 , … , n -13、原子的壳层结构中电子的填充原则1) 泡利不相容原理2) 能量最小原理。

量子力学复习资料

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量子力学复习资料一、基本概念1、波粒二象性这是量子力学的核心概念之一。

它表明微观粒子既具有粒子的特性,如位置和动量,又具有波动的特性,如波长和频率。

例如,电子在某些实验中表现出粒子的行为,如碰撞和散射;而在另一些实验中,如双缝干涉实验,又表现出波动的行为。

2、量子态量子态是描述微观粒子状态的方式。

与经典物理学中可以精确确定粒子的位置和动量不同,在量子力学中,粒子的状态通常用波函数来描述。

波函数的平方表示在某个位置找到粒子的概率密度。

3、不确定性原理由海森堡提出,指出对于一个微观粒子,不能同时精确地确定其位置和动量,或者能量和时间。

即:\(\Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{\hbar}{2}\),\(\Delta E \cdot \Delta t \geq \frac{\hbar}{2}\),其中\(\hbar\)是约化普朗克常数。

二、数学工具1、薛定谔方程这是量子力学中的基本方程,类似于经典力学中的牛顿运动方程。

对于一个质量为\(m\)、势能为\(V(x)\)的粒子,其薛定谔方程为:\(i\hbar\frac{\partial \Psi(x,t)}{\partial t} =\frac{\hbar^2}{2m}\frac{\partial^2 \Psi(x,t)}{\partial x^2} + V(x)\Psi(x,t)\)。

2、算符在量子力学中,物理量通常用算符来表示。

例如,位置算符\(\hat{x}\)、动量算符\(\hat{p}\)等。

算符作用在波函数上,得到相应物理量的可能取值。

三、常见量子力学系统1、一维无限深势阱粒子被限制在一个宽度为\(a\)的区域内,势能在区域内为零,在区域外为无穷大。

其能量本征值为\(E_n =\frac{n^2\pi^2\hbar^2}{2ma^2}\),对应的本征函数为\(\Psi_n(x) =\sqrt{\frac{2}{a}}\sin(\frac{n\pi x}{a})\)。

(完整版)量子力学知识点总结,推荐文档

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1光电效应:光照射到金属上,有电子从金属上逸出的现象。

这种电子称之为光电子。

2光电效应有两个突出的特点:①存在临界频率ν0 :只有当光的频率大于一定值v 0 时,才有光电子发射出来。

若光频率小于该值时,则不论光强度多大,照射时间多长,都没有光电子产生。

②光电子的能量只与光的频率有关,与光的强度无关。

光的强度只决定光电子数目的多少。

3爱因斯坦光量子假说:光(电磁辐射)不仅在发射和吸收时以能量E= hν的微粒形式出现,而且以这种形式在空间以光速C 传播,这种粒子叫做光量子,或光子4康普顿效应:高频率的X 射线被轻元素如白蜡、石墨中的电子散射后出现的效应。

⒕康普顿效应的实验规律:射光中,除了原来X 光的波长λ外,增加了一个新的波长为λ'的X 光,且λ' >λ;波长增量Δλ=λ-λ随散射角增大而增大5戴维逊-革末实验证明了德布罗意波的存在6波函数的物理意义:某时刻t 在空间某一点(x,y,z)波函数模的平方与该时刻t 该地点(x,y,z)附近单位体积内发现粒子的几率密度(通常称为几率)dw(x,y,z,t)成正比。

按照这种解释,描写粒子的波是几率波7波函数的归一化条件1),,,( 2⎰∞=ψτd t z y x 8定态:微观体系处于具有确定的能量值的状态称为定态。

定态波函数:描述定态的波函数称为定态波函定态的性质:⑴由定态波函数给出的几率密度不随时间改变。

⑵粒子几率流密度不随时间改变。

⑶任何不显含时间变量的力学量的平均值不随时间改变9算符: 作用在一个函数上得出另一个函数的运算符号,量子力学中的算符是作用在波函数上的运算符号。

10厄密算符的定义:如果算符满足下列等式Fˆ,则称为厄密算符。

式中ψ和φ为任意() ˆ ˆdx F dx F φψφψ**⎰⎰=F ˆ波函数,x 代表所有的变量,积分范围是所有变量变化的整个区域。

推论:量子力学中表示力学量的算符都是厄密算符。

11厄密算符的性质:厄密算符的本征值必是实数。

量子力学知识点

量子力学知识点

量子力学知识点量子力学是20世纪初发展起来的一种物理学理论,它主要描述微观粒子如原子、电子等的行为。

量子力学的核心概念包括波函数、量子态、不确定性原理、量子纠缠等。

以下是量子力学的一些主要知识点总结:1. 波函数:量子力学中,一个粒子的状态由波函数描述,波函数是一个复数函数,其模的平方给出了粒子在某个位置被发现的概率密度。

2. 薛定谔方程:这是量子力学中描述粒子波函数随时间演化的基本方程。

薛定谔方程是量子力学的核心,它是一个偏微分方程,能够预测粒子的行为。

3. 量子态:量子系统的状态可以由波函数表示,这些状态是离散的,并且遵循一定的量子数规则。

4. 量子叠加原理:量子系统可以同时处于多个可能的状态,这些状态的叠加构成了系统的总状态。

5. 不确定性原理:由海森堡提出,指出无法同时精确测量粒子的位置和动量。

这是量子力学与经典力学的一个根本区别。

6. 量子纠缠:两个或多个粒子可以处于一种特殊的相关状态,即使它们相隔很远,一个粒子的状态改变也会立即影响到另一个粒子的状态。

7. 量子隧道效应:粒子有可能穿过一个经典力学中不可能穿越的势垒,这是量子力学中的一个非直观现象。

8. 波粒二象性:量子力学中的粒子既表现出波动性也表现出粒子性,这种性质由德布罗意提出。

9. 量子力学的诠释:包括哥本哈根诠释、多世界诠释等,不同的诠释试图解释量子力学中观察到的现象。

10. 量子计算:利用量子力学原理进行信息处理的技术,量子计算机能够执行某些特定类型的计算任务,速度远超传统计算机。

11. 量子纠缠与量子通信:量子纠缠是量子通信的基础,可以实现安全的信息传输。

12. 量子退相干:量子系统与环境相互作用,导致量子态的相干性丧失,是量子系统向经典系统过渡的过程。

13. 量子场论:将量子力学与相对论结合起来,描述粒子的产生和湮灭过程。

14. 量子信息:研究量子系统在信息处理中的应用,包括量子密码学、量子通信等。

15. 量子测量:量子力学中的测量问题涉及到波函数的坍缩,即测量过程会导致量子态的不确定性减少。

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1光电效应:光照射到金属上,有电子从金属上逸出的现象。

这种电子称之为光电子。

2光电效应有两个突出的特点:①存在临界频率ν0 :只有当光的频率大于一定值v 0 时,才有光电子发射出来。

若光频率小于该值时,则不论光强度多大,照射时间多长,都没有光电子产生。

②光电子的能量只与光的频率有关,与光的强度无关。

光的强度只决定光电子数目的多少。

3爱因斯坦光量子假说:光(电磁辐射)不仅在发射和吸收时以能量E= h ν的微粒形式出现,而且以这种形式在空间以光速 C 传播,这种粒子叫做光量子,或光子
4康普顿效应:高频率的X 射线被轻元素如白蜡、石墨中的电子散射后出现的效应。

⒕康普顿效应的实验规律:射光中,除了原来X 光的波长λ外,增加了一个新的波长为λ'的X 光,且λ' >λ;波长增量Δλ=λ-λ随散射角增大而增大
5戴维逊-革末实验证明了德布罗意波的存在
6波函数的物理意义:某时刻t 在空间某一点(x,y,z)波函数模的平方与该时刻t 该地点(x,y,z)附近单位体积内发现粒子的几率密度(通常称为几率)dw(x,y,z,t)成正比。

按照这种解释,描写粒子的波是几率波
7波函数的归一化条件 1),,,( 2
⎰∞=ψτd t z y x
8定态:微观体系处于具有确定的能量值的状态称为定态。


态波函数:描述定态的波函数称为定态波函定态的性质:⑴由定态波函数给出的几率密度不随时间改变。

⑵粒子几率流密度不随时间改变。

⑶任何不显含时间变量的力学量的平均值不随时间改变
9算符: 作用在一个函数上得出另一个函数的运算符号,量子力学中的算符是作用在波函数上的运算符号。

10厄密算符的定义:如果算符
F ˆ满足下列等式() ˆ ˆdx F dx F
φψφψ**⎰⎰=,则称F ˆ为厄密算符。

式中ψ和φ为任意波函数,x 代表所有的变量,积分范围是所有变量变化的整个区域。

推论:量子力学中表示力学量的算符都是厄密算符。

11厄密算符的性质:厄密算符的本征值必是实数。

厄密算符的属于不同本征值的两个本征函数相互正交。

12简并:对应于一个本征值有一个以上本征函数的情况。

简并度:对应于同一个本征值的本征函数的数目。

13量子力学中力学量运动守恒定律形式是:
01=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∂∂=H F i t F dt F d ˆ,ˆ 量子力学中的能量守恒定律形式是01=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=H H i dt H d ˆ,ˆˆ
14
15斯特恩-革拉赫实验证明电子存在自旋理由
16黑体辐射揭示了经典物理学的局限性。

17玻尔的量子化条件:在量子理论中,角动量必须是h 的整数
的近似求解方法。

求出,由求出微扰论:由n n n n E E ψψ)0()0(

18索末非提出的广义量子化条件是pdq n
=⎰ 19一粒子有波函数由()(),,i px x t c p t e dp ψπ∞-∞=⎰描写,则(),c p t = (),i px x t e dx ψπ∞--∞⎰ 20粒子在势场U(r)中运动,则粒子的哈密顿算符为
()222H U r m =-∇+
21量子力学中,态和力学量的具体表示方式称为表象。

22、、厄密算符的本征值是实数,特点是本征矢是正交、归一和完备的。

23束缚态、简并态和偶宇称态?在无穷远处为零的状态为束缚态;简并态是指一个本征值对应一个以上本征函数的情况;将波函数中坐标变量改变符号,若得到的新函数与原来的波函数相同,则称该波函数具有偶宇称(6分)
24全同玻色子的波函数特点?并写出两个玻色子组成的全同粒子体系的波函数。

全同玻色子的波函数是对称波函数。

两个玻色子组成的全同粒子体系的波函数为:[])()()()(2112212211q q q q S ϕϕϕϕφ+=

25简述测不准关系的主要内容,并写出时间t 和能量E 的测不准
关系。

设F ˆ和G ˆ的对易关系k ˆi F ˆG ˆG ˆF ˆ=-,k 是一个算符或普通
的数。

以F 、G 和k 依次表示F
ˆ、G ˆ和k 在态ψ中的平均值,令 F F ˆF
ˆ-=∆,G G ˆG ˆ-=∆,
则有 42
22k )G ˆ()F ˆ(≥⋅∆∆,这个关系式称为测不准关系。

时间t 和
能量E 之间的测不准关系为:
2
≥∆⋅∆E t 坐标x 和动量x p ˆ之间的测不准关系为:2ˆ
≥∆⋅∆x p x
3德布罗意关系是粒子能量E 、动量P 与频率ν、波长λ之间的关
系,其表达式为: E=h ν, p=/h λ 。

3.根据波函数的统计解释,dx t x 2),(ψ的物理意义为:粒子在
x —dx 范围内的几率 。

5.坐标的x 分量算符和动量的x 分量算符x p 的对易关系为:
[],x p i = 。

6.量子力学关于测量的假设认为:当体系处于波函数ψ(x)所描
写的状态时,测量某力学量F 所得的数值,必定是算符F
ˆ的 本征值 。

7.定态波函数的形式为: t E i n n e x t x -=)(),(ϕψ。

8.一个力学量A 为守恒量的条件是:A 不显含时间,且与哈密顿算符对易 。

9.根据全同性原理,全同粒子体系的波函数具有一定的交换对称性,费米子体系的波函数是_反对称的_____________,玻色子体系的波函数是_对称的_______ _。

10.每个电子具有自旋角动量S ,它在空间任何方向上的投影
只能取两个数值为: 2
±)
利用坐标和动量算符的对易关系,证明轨道角动量算符的对易关系:
z y x L i L L ˆ]ˆ,ˆ[ =
证明:
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