1.理解构成两字理想基础的几个重要的实验的含义,理解经典理论的局限性。
2.理解微观粒子运动的基本特征,理解波粒二象性、波粒二象性的统计意性以及不确定原理。
3.理解量子力学基本假定,懂得如何描述微观粒子系统的状态、可测量的力学量与状态的关系,以及微观粒子系统运动方程的特点。
5.掌握薛定谔方程对势箱中粒子屏东的求解,理解平动波函数、平动能级和平动量子数的意义。
6.了解薛定谔方程对线型刚性转子转动和对谐振子振动的求解。理解转动和震动的波函数、转动和振动能级以及转动和振动量子数的意义。
7.了解薛定谔方程对氢原子和类氢离子中电子运动的求解。理解电子波函数、原子轨道以及主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数的意义。
8.初步了解多电子原子薛定谔方程求解的自洽场方法,了解泡利原理的意义。知道一些有关光谱项和多电子原子量子数的知识。
9.1引言
1.经典力学简介
经典物理学:经典力学、电磁学、热力学和经典统计力学组成。
经典力学:三个等价体系(牛顿NewtonI体系、拉格朗日LagrangeJL体系、哈密顿HamiltonWR体系)。
2.量子力学简史
I.量子力学基本原理
9.2量子力学的实验基础
1.黑体辐射
任何物体加热后都会产生辐射。不同物体在同样温度下的辐射显示不同的光谱特征,它决定
于物质的本性。所谓黑体,是指一种理想的辐射体,它在任何温度下都能完全吸收任何波长的辐射,相应产生辐射的能力也比任何物质要大。
一、黑体辐射(Black-bodyradiation)
1、Ragleigh-Jeans理论
振子能的均分法则:dEv(λ)=(8πkT/λ4)dλ仅低频区适合——紫外区的灾难;
2、wienLaw理论
dEv(λ)=(8πμ/λ5)e-(μ/λkT)dλ
二、热容量(HeatCapacities)
经典物理(Classicalphysics):DulongandPetit’sLaw
自由度(freedom):
translationalmodel~3
rotationalmodel~3
onedimensionvibrationalmodel~2
threedimensionvibration
Um=32/2RT=3RT
CV,M=3R
实验结果(Experimentalresult):
T→0,CV,M→0
爱因斯坦公式(Einsteinformula):
原子振子能量(energyofatomicoscillators)
ε=hνCV,M=3R(hν/kT)2{e-(hν/kT)/(1-e-(hν/kT))2}
T→∞,e-(hν/kT)1-hν/kT,
hν/kT0
∴LimCV,M,T→∞=3R(hν/kT)2{1/(hν/kT)2}=3R
2.光电效应
爱因斯坦光子学说
光的辐射也有一最小单位叫光子,它是一种静止质量为零的微观粒子,其能量服从普朗克量子论,它还具有动量p
3.氢原子的光谱
将元素光源辐射线通过狭缝或棱镜,可分解为许多不连续的明亮线条,成为原子光谱。
氢原子光谱的普贤遵循下列经验公式
玻尔原子结构理论
光电流的产生与光的强度无关,只与光的频率有关;临阀频率νc,ν<νc时,无光电流
激发出的光电子的动能与光的频率成正比;
当ν>νc时,光强度再低也存在光电流。
经典物理:光为电磁波,光强正比振幅。无法解释。
1905年Einstein将光视为粒子——photon,ε=hν。
根据能量守恒,发射电子的动能为:1/2mev2=hν-(M),(M)电极的功函结论:光的波粒二象性4.电子衍射德布罗意假设
微观粒子除了有粒子性外,也具有波动性,这种波称为物质波。当光照射电子时,光发生散射并其频率位移光量子(photon——acorpusculeoflight)光子的能量:ε=hν
根据相对论(Einstein’sprincipleofrelativity):ε=mc2=hν,m=hν/c2
p=mc=hν/c=h/λ
能量和动量守恒(conversationofenergyandmomentum)δλ=(h/mec)(1-cosθ)
其中:h/mec–Comptonwavelengthofelectron
9.3微观粒子运动的基本特征
1.波粒二象性
设有一束自由粒子流,速度为v,对每个粒子来说有动量p=mv,爱因斯坦质能关系pmEmcmcm===+υυ,/202022
发生衍射,波动的特征:波长和频率
p=h/λ,E=hν
度量简谐波波动强度的波函数可用余弦函数(正弦函数)或复数表达。波的叠加原理
驻波——是由振幅相同但方向相反的两个平面波叠加而产生的波函数。
Cos(2πx/λ)=1称为波腹,Cos(2πx/λ)=0称为节点,
ψψψ=+=122ψπν()cos()xtψψπλ()cos(/)xx=220
2πx/λ=kπ,k=1,2,3…
其中k=1称为基波,
k=2、3称为第一、第二谐波。
2.二象性的统计性
波的能量与振幅平方ψ2、或波函数与其共扼复数之积ψψ*、或其模数的平方成正
比。E∝ψ2
对粒子束来说,某区域的能量则与该区域粒子数的数目成正比。E∝dN/dV波动性与粒子性应该可以利用能量作为中介联系起来。波恩的物质波统计解释