量子力学基本原理-量子力学假设推荐.pptVIP

* 第一章 结构化学 —— 第一章量子力学原理 光的波粒二象性 德布罗意假设 电子衍射实验验证 波粒二象性的物理学解释 波粒二象性的统计解释 II 实物粒子的波粒二象性 结构化学 —— 第一章量子力学原理 微粒说（1680）：以Newton为代表，认为：光是由光源发出的、以等速直线运动的微粒流。微粒种类不同，颜色也不同。在光反射和折射时，表现为刚性弹性球。 波动说（1690）：以Huygens为代表，认为：光是在媒质中传播的一种波，光的不同颜色是由于光的波长不同。 1.2.1 光的波粒二象性 波动说难以解释光的直线传播。 Newton的权威性。 微粒说占优 Newton 1643～1727，英 波动说取得决定性胜利 1801年，Young提出波动的干涉原理，从而正确地解释了薄膜的彩色条纹。 十几年以后，Fresnel和Arago用光的波动说和干涉原理成功地解释了光的衍射现象。 Malus、Young、Fresnel和Arago研究了光的偏振现象，从而确认光具有横波性质。 1856年，Maxwell建立电磁场理论，预言了电磁波的存在。 理论计算出电磁波以3×108m/s的速度在真空中传播，与光速度相同，所以人们认为光也是电磁波。 1888年，Hertz探测到电磁波。 光作为电磁波的一部分，在理论上和实验上就完全确定了。 光是一种电磁波 光的电磁波理论不能解释黑体辐射现象。 1900年，Planck量子论解释了这一现象。 1905年，Einstein光子说解释了光电效应； 1923年，Compton效应进一步证实了光子说。 光的电磁波理论遇到困难 重新引起了波动说和微粒说的争论，并且问题比以前更尖锐化了。 凡与光的传播有关的各种现象，如衍射、干涉和偏振必须用波动说来解释。 凡是与光和实物相互作用有关的各种现象，即实物发射光（原子光谱）、吸收光（光电效应、吸收光谱）和散射光（Compton效应）等现象，必须用光子学说来解释。 波长较长的可见、红外和无线电波等，其波动性比较突出。 波长较短的，如γ射线和X射线等的微粒性比较突出。 实验发现，光兼具波动性和微粒性 结构化学 —— 第一章量子力学原理 光的波粒二象性 1909年9月，Einstein首次提出光具有波粒二象性：对于统计平均现象，光表现为波动；而对于能量涨落现象，光却表现为粒子；因此，光同时具有波动结构和粒子结构，这两种特性结构并不是彼此不相容的。 “几个世纪以来，在光学方面人们过于重视波动的研究方法，而忽视了其粒子性；在实物方面却犯了相反的错误，忽视实物粒子的波动性。”　 －de Broglie，1923年 微观粒子除有粒子性外，也具有波动性，这种波称为物质波（或de Broglie波）。 de Broglie关系式 1.2.2 德布罗意假设 de Broglie 1892～1960，法国 1929年Nobel物理奖 Einstein热情地称赞de Broglie的理论“揭开了巨大帷幕的一角”。 de Broglie假设的提出，为发展原子结构理论以及建立量子力学理论开辟了前进的道路。 电子在镍单晶表面上衍射示意 衍射原理 1.2.3 电子衍射实验验证 晶体衍射原理图 金箔的电子衍射图样 C. J. Davisson 1881～1958，美国 G. P. Thomson 1892～1975，英国 1927年以电子衍射实验证明了de Broglie波的存在，获1937年Nobel物理奖。 1932年，Stern证实了氦原子和氢分子的波动性。 进一步的实验证明，分子、原子、质子、中子、α粒子等一切微观粒子具有波动性，且都符合de Broglie关系式，这就最终肯定了物质波的假设适用于一切物质微粒。 单色平面光波，波长l, 频率n 光具有波粒二象性。光的强度与光子密度之间有 （横波） b) 波动性与粒子性的关系 总能量密度 a) 波函数 III 物质波的表达 1.3.1光波的表达 结构化学 —— 第一章量子力学原理 a) 波函数 p = h/l，E = hn b) 波动性与粒子性的关系 N=1的系统 为概率密度 表示在空间某点发现该粒子的概率密度 1.3.2 物质波的表达 微观粒子具有波粒二象性，它具有粒子性，又具有波动性。在一些条件下表现出粒子性，在另一些条件下又表现出波动性。 所谓波动和微粒，都是经典物理学的概念，不能原封不动地应用于微观世界。微观粒子既不是经典意义上的微粒，也不是经典意义上的波。 1.3.3 波粒二象性的物理学解释 光是一束微粒流，光子具有E、p和m。