原子物理学教案ATOMIC3

第三章 量子力学导论

• 问题的提出

玻尔理论的成功、历史评价、困难。

比如:卢瑟福的质疑、薛定谔的非难。

“当电子从一个能态跳到另一能态时，您必须假设电子事先就知道它要往那里跳”。

“电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，按照相对论，它的速度不能无限大，即不能超过光速，因此它必须经历一段时间。在这一段时间里，电子已经离开E 1态，尚未到达E 2态，那时电子处在什么状态呢？”

• 问题的解决（量子力学的基本概念）

波粒二象性（De-broglie 波假设）p h =

λ、 不确定关系h x p ≥ΔΔ、波函数Ψ统计解释2Ψ。

De-Broglie 在1929年领取Nobel 奖时说：“一方面，并不能认为光的量子论是令人满意的，因为它依照方程E=hv 定义了光粒子的能量，而这个方程却包含着频率v 。在一个单纯的微粒理论中，没有什么东西可以使我们定义一个频率；单单这一点就迫使我们在光的情形中必须同时引入微粒的观念和周期性的观念”。

Bohr 在1922年领取Nobel 奖时承认“这一理论还是十分初步的，许多基本问题还没有解决”。

• 不确定关系揭示的是一条重要的物理规律：粒子在客观上不能同时具有确

定的坐标位置及相应的动量。这个不确定性是由衍射现象决定的，是粒子波粒二象性的反映和体现。因此说玻尔的轨道是不存在的，应该用几率的观点来阐述电子的位置分布。

• 假设微观粒子的状态用波函数描述，其模的平方决定粒子在空间中某位置

的概率。体现微观粒子具有波动性以及其运动的无规则、无轨道。测不准关系对这种运动给予了合理的解释。

本章内容属于选教内容，由专门的专业课《量子力学》课程完成。

历史进程：

19世纪末的三大发现：（近代物理的序幕）

X 射线（1895年，第六章）；

放射性（1896年，第七章）；

电子（1900年，第一章）。

旧量子论的形成：

辐射源能量量子化的概念（1900，卢瑟福，黑体辐射）

光量子的概念（1905，爱因斯坦，光电效应）

量子态的概念（1913，玻尔，氢光谱）

泡利不相容原理，电子自旋假设（1925，泡利、乌伦贝克、古兹米特，塞曼效应、元素周期表）

本章内容：

物质粒子的波粒两象性（1924，德布罗意）

量子力学（1925-1928，海森伯、玻恩、薛定谔、狄拉克）：

（1） 产生新概念的一些重要实验；

（2） 一系列不同于经典物理的新思想；

（3） 解决具体实际问题的方法。

（重点放在（1）和（2）；（3）留在量子力学课程中教。）

说明：该章内容可以省略不讲，安排在《量子力学》课程中讲述。