2量子力学基础知识abc.pptx

1; 十九世纪末，经典物理学已经形成一个相当完善的体系，机械力学方面建立了牛顿三大定律，热力学方面有吉布斯理论，电磁学方面用麦克斯韦方程统一解释电、磁、光等现象，而统计方面有玻耳兹曼的统计力学。当时物理学家很自豪地说，物理学的问题基本解决了，一般的物理都可以从以上某一学说获得解释。唯独有几个物理实验还没找到解释的途径，而恰恰是这几个实验为我们打开了一扇通向微观世界的大门。 ; 电子、原子、分子和光子等微观粒子，具有波粒二象性的运动特征。这一特征体现在以下的现象中，而这些现象均不能用经典物理理论来解释，由此人们提出了量子力学理论，这一理论就是《量子化学》课程的一个重要基础。; 一个吸收全部入射线的表面称为黑体表面。带小孔的空腔可视为黑体表面。它几乎完全吸收入射辐射。通过小孔进去的光线碰到内表面时部分吸收，部分漫反射，反射光线再次被部分吸收和部分漫反射……，只有很小部分入射光有机会再从小孔中出来。如图1－1所示;?? 图1－2表示在四个不同的温度下，黑体单位面积单位波长间隔上发射的功率曲线。十九世纪末，科学家们对黑体辐射实验进行了仔细测量，发现辐射强度对腔壁温度 T的依赖关系。 ;为了解释黑体辐射现象，他提出粒子能量永远是 h? 的整数倍，? = n h? ，其中?是辐射频率，h 为新的物理常数，后人称为普朗克常数(h=6.626×10-34 J·s)，这一创造性的工作使他成为量子理论的奠基者，在物理学发展史上具有划时代的意义。他第一次提出辐射能量的不连续性，著名科学家爱因斯坦接受并补充了这一理论，以此发展自己的相对论，波尔也曾用这一理论解释原子结构。量子假说使普朗克获得1918年诺贝尔物理奖。; ??????????????????????????????????????????????????????????????????????;The Nobel Prize in Physics 1918 ; 根据光波的经典图像，波的能量与它的强度成正比，而与频率无关，因此只要有足够的强度，任何频率的光都能产生光电效应，而电子的能动将随光强的增加而增加，与光的频率无关，这些经典物理学的推测与实验???实不符。;图1-3 光电效应示意图 ;光电效应和光子学说; 将频率为?的光照射到金属上，当金属中的一个电子受到一个光子撞击时，产生光电效应，光子消失，并把它的能量h?转移给电子。电子吸收的能量，一部分用于克服金属对它的束缚力，其余部分则表现为光电子的动能。;? 当h ? W时，从金属中发射的电子具有一定的动能，它随? 的增加而增加，与光强无关。 ;Einstein;The Nobel Prize in Physics 1921 ; 1.1.3 氢原子光谱与Bohr理论 ;2;; Bohr模型对于单电子原子在多方面应用得很有成效，对碱金属原子也近似适用. 但它竟不能解释 He 原子的光谱，更不必说较复杂的原子；也不能计算谱线强度。后来，Bohr模型又被Sommerfeld等人进一步改进，增加了椭圆轨道和轨道平面取向量子化(即空间量子化). 这些改进并没有从根本上解决问题, 促使更多物理学家认识到, 必须对物理学进行一场深刻变革. 法国物理学家德布罗意(L.V.de Broglie)勇敢地迈出一大步. 1924年, 他提出了物质波可能存在的主要论点.;Bohr;Bohr(older);实物微粒的波粒二象性 ; 1927年，戴维逊（Davisson）与革末（Germer）利用单晶体电子衍射实验，汤姆逊（Thomson）利用多晶体电子衍射实验证实了德布罗意的假设。 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。 戴维逊(Davisson)等估算了电子的运动速度，若将电子加压到1000V,电子波长应为几十个pm，这样波长一般光栅无法检验出它的波动性。他们联想到这一尺寸恰是晶体中原子间距，所以选择了金属的单晶为衍射光栅。; 将电子束加速到一定速度去撞击金属Ni的单晶，观察到完全类似Ｘ射线的衍射图象，证实了电子确实具有波动性。图1-5为电子射线通过 CsI薄膜时的衍射图象，一系列的同心圆称为衍射环纹。该实验首次证实了德布罗意物质波的存在。后来采用中子、质子、氢原子等各种粒子流，都观察到了衍射现象。; 微观粒子因为没有明确的外形和确定的轨迹，我们得不到一个粒子一个粒子的衍射图象，我们只能用大量的微粒流做衍射实验。实验开始时，只能观察到照象底片上一个个点，未形成衍射图象，待到足够长时间，通过粒子数目足够多时，