原子物理学杨福家ppt 下载

经典的波
➢是某种实在的物理量随空间和时间作周期性变 化，满足叠加原理，可产生干涉、衍射等现象。 ➢具有确定的频率、波长。 ➢ 可精确测定频率和波长，在空间无限扩展。
确定的空间位置 确定波的频率、波长
粒子为一质点 在空间无限扩展
波长的测定 拍频： 1 2
观察一个拍的时间： 1
则 t 1 或 t 1
对于更复杂的原子，则更加暴露玻尔和索末菲 理论的不足。就是对于氢原子，它们也不是十分完 善的。例如无法解释光谱线的强弱，也无法解释用 更加精确的方法测得的“谱线的精细结构”。
§3.2、波粒二象性
一、经典物理中的波和粒子 两种不同的能量传播方式，不能同时使用。
经典粒子
➢ 完全定域性，可精确确定其质量、动量和电荷。 ➢ 可视为一个质点，并可根据牛顿力学进行完全描述。
波粒二象性
1、粒子性 ➢ 指它与物质相互作用的“颗粒性”或“整体性”。
➢ 但不是经典的粒子！在空间以概率出现。 没有确定的轨道 应摒弃“轨道”的概念！
2、波动性 ➢ 指它在空间传播有“可叠加性”，有“干涉”、“衍 射”、等现象。 ➢ 但不是经典的波！因为它不代表实在物理量的波动。
三、德布罗意假设 发现电子的波动性
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经典物理学的困难
进入20世纪后，经典物理学受到冲击。经典理论在解 释一些新的试验结果上遇到了严重的困难。
主要是以下以个问题： 1）黑体辐射问题 ；2）光电效应 ；3）氢原子光谱
1900年，普朗克在解释黑体辐射问题时提出能量量子化的 概念；1905年，爱因斯坦在解释光电效应时提出光量子概念。 1913年，玻尔引入量子态概念建立玻尔模型并成功地解释了 氢光谱。
然而，至此形成的量子论称为旧量子论，有严重的缺陷。
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在“物质粒子的波粒二象性”思想的基础上，于19251928年间由海森堡、玻恩、薛定谔、狄拉克等人建立了量 子力学，它与相对论成了近代物理学的两大理论支柱。
量子力学的本质特征在1927年海森堡提出的不确定关系 中得到明确的反映，它是微观客体波粒二象性的必然结果。
2、波粒二象性 3、不确定关系 4、波函数及其统计解释 5、薛定谔方程 6、量子力学问题的几个简例 7、量子力学对氢原子的描述
重点：
1、两个重要概念：量子化概念及波粒二象性概念
2、一个重要关系式：不确定关系 3、一个基本原理：态叠加原理 4、两个基本假设：波函数的统计解释及薛900年，普朗克能量量子化 ➢ 1905年，爱因斯坦光量子说 ➢ 1913年，玻尔提出原子结构模型 ➢ 1924年，德布罗意提出物质波概念 ➢ 1925-1928年，海森堡、玻恩、薛定谔、狄拉克 等人建立了完整的量子力学理论
量子力学的内容
1、产生新概念的一些重要实验。 2、不同于经典理论的新思想。 3、解决具体问题的方法。
海森堡
玻恩 M.Born (1882-1970) 薛定谔
狄拉克 PAUL DIRAC (1902-1984)
WERNER HEISENBERG ERWIN SCHRODINGER
(1901-1976)
(1887-1961)
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一张世界上智慧最集中的照片！
第五次索尔维会议与会者合影（1927）
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主要内容： 1、玻尔理论的困难
§3.1、玻尔理论的困难
原因：将微观粒子看作经典力学中的质点，把经典力学 规律应用于微观粒子。
➢ 卢瑟福的质疑。 逻辑上的恶性循环
➢ 薛定谔的非难。
E2
h
E1
“遭透的跃迁”
玻尔理论不仅对这些逻辑上的矛盾和困难束手 无策，而且，当人们用这一理论去解释周期表中第 二号元素氦时，也遇到了无法克服的困难。
1905年，爱因斯坦 E h
1917年，爱因斯坦 p h p k
h
E, P v, 通过h把波动性与粒子性联系起来！
光在传播时显示出波动性，而在转移能量 时显示出粒子性！
—— 康普顿实验结论
光既不是经典意义上的粒子，也不是经典意义 上的波，是一种兼有波动性和粒子性的客观存在。
两者不会同时出现！
(1) 应用牛顿力学讨论了从天体到地上各种尺度的力学 客体的运动。牛顿力学应用于分子运动也取得有益的结果。 1897年汤姆逊发现了电子，这个发现表明电子的行为类似 于一个牛顿粒子。
(2) 光的波动性在1803年由杨氏干涉实验有力揭示出来， 麦克斯韦在1864年发现的光和电磁现象之间的联系把光的 波动性置于更加坚实的基础之上。
第三章 量子力学导论
主要内容：
§3.1 波尔理论的困难 §3.2 波粒二象性 §3.3 不确定关系 §3.4 波函数及其统计解释 §3.5 薛定谔方程 §3.6 平均值与算符 §3.7 氢原子的薛定谔方程解
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经典物理学的成功
19世纪末，物理学理论在当时看来已经发展到相当完善 的阶段。主要表现在以下两个方面：
又
x vt
即
x 1
v
可得
x 2
如果两者频率相等， 则没有拍出现。但 是要完全肯定没有 拍现象出现，必须 观察无限长时间才 行，而此时所测量 的波已经在空间无 限扩展。
二、光的波粒二象性 1672年，牛顿，光的微粒说 1678年，惠更斯，光的波动说 19世纪末，麦克斯韦和赫兹肯定光是一种电磁波 20世纪初，光量子
The Nobel Prize in Physics 1929
光具有波动性和粒子性。那么， 实物粒子，就是那些静止质量不为零 的粒子，是否具有波的性质呢？
( Louis Victor due de Broglie 1892-1960 )
年轻的法国学者德布罗意（De Broglie），当时他在物 理界并不知名，在1923年首先提出了这个问题。
电子对晶体的衍射、单缝衍射及双缝干涉
量子力学是关于微观世界的基本理论，它能够正确地描 述微观世界粒子运动的基本规律，它正确地反映了实物粒子 波粒二象性的客观事实。它与某些经典物理概念是不相容的， 也突破了玻尔理论的局限性。
今天量子力学的发展不仅仅在基础科学方面，在其他 领域也有广阔的应用前景。
➢ “光电技术”领域 ➢“纳米物理与纳米技术”领域 ➢“分子器件” 小尺度发展领域 ➢“量子生物”、“量子化学”交叉学科 等等无一不是立足于量子力学的概念与方法。也可以说， 量子物理的科学已与我们今天的生活息息相关。