量子論基礎課件

量子力學復旦大學蘇汝鏗量子力學復旦大學蘇汝鏗1第一章量子論基礎第一章量子論基礎2普朗克

MAXPLANCK

(1858-1947)

普朗克

MAXPLANCK

(1858-1947)3德布羅意

LOUISDEBROGLIE

(1892-1987)

德布羅意

LOUISDEBROGLIE

(1892-14薛定諤

ERWINSCHRODINGER

(1887-1961)薛定諤

ERWINSCHRODINGER

(1887-15海森堡

WERNERHEISENBERG

(1901-1976)

海森堡

WERNERHEISENBERG

(1901-16泡利

WOLFGANGPAULI

(1900-1958)泡利

WOLFGANGPAULI

(1900-1958)7狄拉克

PAULDIRAC

(1902-1984)

狄拉克

PAULDIRAC

(1902-1984)

8§1.1經(jīng)典物理學的困難黑體輻射黑體：吸收系數(shù)為1的物體

例如：一個由絕熱壁圍成的開有一個小孔的空腔可近似視為黑體§1.1經(jīng)典物理學的困難黑體輻射9§1.1經(jīng)典物理學的困難實驗定律：基爾霍夫定律：ρν=ρν(ν,T)與空腔性質(zhì)無關ρν~ν圖存在Wien位移：λmT=0.2898×10-2mK§1.1經(jīng)典物理學的困難實驗定律：10§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難11§1.1經(jīng)典物理學的困難Stefan-Boltzmann定律u=σT4§1.1經(jīng)典物理學的困難Stefan-Boltzmann定12§1.1經(jīng)典物理學的困難物理解釋Wien公式Rayleigh-Jeans公式紫外災難§1.1經(jīng)典物理學的困難物理解釋13§1.1經(jīng)典物理學的困難熱輻射經(jīng)典統(tǒng)計理論連續(xù)振動體系一組諧振子§1.1經(jīng)典物理學的困難熱輻射經(jīng)典統(tǒng)計理論14§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難15§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難16§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難17§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難18§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難19§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難20§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難21§1.1經(jīng)典物理學的困難Planck量子論§1.1經(jīng)典物理學的困難Planck量子論22§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難23§1.1經(jīng)典物理學的困難滿足Wien位移§1.1經(jīng)典物理學的困難滿足Wien位移24§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難25§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難26§1.1經(jīng)典物理學的困難可解釋Stefan-Boltzmann定律§1.1經(jīng)典物理學的困難可解釋Stefan-Boltzma27§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難28§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難29§1.1經(jīng)典物理學的困難兩種特殊情況(a)高溫區(qū)kT>>hνPlanckR-JFormulae§1.1經(jīng)典物理學的困難兩種特殊情況30§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難31§1.1經(jīng)典物理學的困難兩種特殊情況(b)低溫區(qū)kT<<hνPlanckWienFormulae§1.1經(jīng)典物理學的困難兩種特殊情況32§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難33§1.1經(jīng)典物理學的困難光電效應臨界頻率，當頻率小于臨界頻率時無光電子溢出光電子能量只與頻率有關光強只影響光電子數(shù)目§1.1經(jīng)典物理學的困難光電效應34§1.1經(jīng)典物理學的困難原子的線性光譜§1.1經(jīng)典物理學的困難原子的線性光譜35§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難36§1.1經(jīng)典物理學的困難原子的穩(wěn)定性§1.1經(jīng)典物理學的困難原子的穩(wěn)定性37§1.1經(jīng)典物理學的困難比熱困難Dulong-Petit定律Cp=3R在低溫時與實驗不符束縛態(tài)電子為什么對比熱沒有貢獻振動自由度在常溫下如何被凍結§1.1經(jīng)典物理學的困難比熱困難38§1.1經(jīng)典物理學的困難Compton效應高頻X射線被輕元素電子散射后，散射波波長隨散射角的增大而增大§1.1經(jīng)典物理學的困難Compton效應39§1.2光量子和Planck-Einstein關系光量子和Planck-Einstein關系ε=cpp=hk/2π,k=2π/λPlanck假定ε=hν相對論質(zhì)能關系ε2=m2c4+p2c2§1.2光量子和Planck-Einstein關系光量子和40§1.2光量子和Planck-Einstein關系可得出Planck公式解釋光電效應Compton效應§1.2光量子和Planck-Einstein關系可得出P41§1.2光量子和Planck-Einstein關系§1.2光量子和Planck-Einstein關系42§1.2光量子和Planck-Einstein關系§1.2光量子和Planck-Einstein關系43§1.2光量子和Planck-Einstein關系§1.2光量子和Planck-Einstein關系44§1.2光量子和Planck-Einstein關系§1.2光量子和Planck-Einstein關系45§1.3Bohr量子論Bohr假定原子具有能量不連續(xù)定態(tài)(能量量子化)量子躍遷§1.3Bohr量子論Bohr假定46§1.3Bohr量子論討論可解釋氫原子能級及線狀光譜§1.3Bohr量子論討論47§1.3Bohr量子論§1.3Bohr量子論48§1.3Bohr量子論§1.3Bohr量子論49§1.3Bohr量子論§1.3Bohr量子論50§1.3Bohr量子論可解釋原子的穩(wěn)定性可解釋經(jīng)典理論中的比熱困難§1.3Bohr量子論可解釋原子的穩(wěn)定性51§1.3Bohr量子論仍有許多困難存在不能給出譜線強度不能解釋精細結構只能討論束縛態(tài)，不能討論散射態(tài)E不連續(xù)原因來自角動量量子化，不能揭露量子化的本質(zhì)§1.3Bohr量子論仍有許多困難存在52§1.4波粒兩相性和deBroglie波光的波粒二象性楊氏雙縫實驗I<>I1+I2＋下圖

波粒二象性§1.4波粒兩相性和deBroglie波光的波粒二象性53§1.4波粒兩相性和deBroglie波§1.4波粒兩相性和deBroglie波54§1.4波粒兩相性和deBroglie波物質(zhì)的波粒二象性deBroglie關系§1.4波粒兩相性和deBroglie波物質(zhì)的波粒二象性55§1.4波粒兩相性和deBroglie波§1.4波粒兩相性和deBroglie波56§1.4波粒兩相性和deBroglie波討論兩個公式是相互獨立公式將表征波動的物理量(頻率和波長)與表征粒子的物理量(能量和動量)聯(lián)系起來統(tǒng)計解釋實物粒子的deBroglie波長很短，波動性不顯§1.4波粒兩相性和deBroglie波討論57§1.4波粒兩相性和deBroglie波平面波的形式：虛數(shù)的引入是量子力學一大進步§1.4波粒兩相性和deBroglie波平面波的形式：虛58§1.4波粒兩相性和deBroglie波§1.4波粒兩相性和deBroglie波59本章小結本章小結60第一章-量子論基礎課件61量子力學復旦大學蘇汝鏗量子力學復旦大學蘇汝鏗62第一章量子論基礎第一章量子論基礎63普朗克

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(1858-1947)

普朗克

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(1858-1947)64德布羅意

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(1892-1987)

德布羅意

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(1892-165薛定諤

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(1887-1961)薛定諤

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(1887-166海森堡

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(1901-1976)

海森堡

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(1901-167泡利

WOLFGANGPAULI

(1900-1958)泡利

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(1900-1958)68狄拉克

PAULDIRAC

(1902-1984)

狄拉克

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(1902-1984)

69§1.1經(jīng)典物理學的困難黑體輻射黑體：吸收系數(shù)為1的物體

例如：一個由絕熱壁圍成的開有一個小孔的空腔可近似視為黑體§1.1經(jīng)典物理學的困難黑體輻射70§1.1經(jīng)典物理學的困難實驗定律：基爾霍夫定律：ρν=ρν(ν,T)與空腔性質(zhì)無關ρν~ν圖存在Wien位移：λmT=0.2898×10-2mK§1.1經(jīng)典物理學的困難實驗定律：71§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難72§1.1經(jīng)典物理學的困難Stefan-Boltzmann定律u=σT4§1.1經(jīng)典物理學的困難Stefan-Boltzmann定73§1.1經(jīng)典物理學的困難物理解釋Wien公式Rayleigh-Jeans公式紫外災難§1.1經(jīng)典物理學的困難物理解釋74§1.1經(jīng)典物理學的困難熱輻射經(jīng)典統(tǒng)計理論連續(xù)振動體系一組諧振子§1.1經(jīng)典物理學的困難熱輻射經(jīng)典統(tǒng)計理論75§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難76§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難77§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難78§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難79§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難80§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難81§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難82§1.1經(jīng)典物理學的困難Planck量子論§1.1經(jīng)典物理學的困難Planck量子論83§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難84§1.1經(jīng)典物理學的困難滿足Wien位移§1.1經(jīng)典物理學的困難滿足Wien位移85§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難86§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難87§1.1經(jīng)典物理學的困難可解釋Stefan-Boltzmann定律§1.1經(jīng)典物理學的困難可解釋Stefan-Boltzma88§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難89§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難90§1.1經(jīng)典物理學的困難兩種特殊情況(a)高溫區(qū)kT>>hνPlanckR-JFormulae§1.1經(jīng)典物理學的困難兩種特殊情況91§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難92§1.1經(jīng)典物理學的困難兩種特殊情況(b)低溫區(qū)kT<<hνPlanckWienFormulae§1.1經(jīng)典物理學的困難兩種特殊情況93§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難94§1.1經(jīng)典物理學的困難光電效應臨界頻率，當頻率小于臨界頻率時無光電子溢出光電子能量只與頻率有關光強只影響光電子數(shù)目§1.1經(jīng)典物理學的困難光電效應95§1.1經(jīng)典物理學的困難原子的線性光譜§1.1經(jīng)典物理學的困難原子的線性光譜96§1.1經(jīng)典物理學的困難§1.1經(jīng)典物理學的困難97§1.1經(jīng)典物理學的困難原子的穩(wěn)定性§1.1經(jīng)典物理學的困難原子的穩(wěn)定性98§1.1經(jīng)典物理學的困難比熱困難Dulong-Petit定律Cp=3R在低溫時與實驗不符束縛態(tài)電子為什么對比熱沒有貢獻振動自由度在常溫下如何被凍結§1.1經(jīng)典物理學的困難比熱困難99§1.1經(jīng)典物理學的困難Compton效應高頻X射線被輕元素電子散射后，散射波波長隨散射角的增大而增大§1.1經(jīng)典物理學的困難Compton效應100§1.2光量子和Planck-Einstein關系光量子和Planck-Einstein關系ε=cpp=hk/2π,k=2π/λPlanck假定ε=hν相對論質(zhì)能關系ε2=m2c4+p2c2§1.2光量子和Planck-Einstein關系光量子和101§1.2光量子和Planck-Einstein關系可得出Planck公式解釋光電效應Compton效應§1.2光量子和Planck-Einstein關系可得出P102§1.2光量子和Planck-Einstein關系§1.2光量子和Planck-Einstein關系103§1.2光量子和Planck-Einstein關系§1.2光量子和Planck-Einstein關系104§1.2光量子和Planck-Einstein關系§1.2光量子和Planck-Einstein關系105§1.2光量子和Planck-Einstein關系§1.2光量子和Planck-Einstein關系106§1.3Bohr量子論Bohr假定原子具有能量不連續(xù)定態(tài)(能量量子化)量子躍遷§1.3Bohr量子論Bohr假定107§1.3Bohr量子論討論可解釋氫原子能級及線狀光譜§1.3Bohr量子論討論108§1.3Bohr量子論§1.3Bohr量子論109§1.3Bohr量子論§1.3Bohr量子論110§1.3Bohr量子論§1.3Bohr量子論111§1.3Bohr量子論可解釋原子的穩(wěn)定性可解釋經(jīng)典理論中的比熱困難§1.3Bohr量子論