《结构化学》课程简介PPT课件

1、u 目的目的：用量子力学与群论方法相结合，理解原子与分子的结构 - 性能关系u 内容内容：量子力学基础 原子与双原子分子群论基础多原子分子分子光谱简介u 安排安排：课程参考：潘道凯课本+科大教科书+教案成绩考核：平时成绩+期末考试习题下载：http:/ 不确定性原理粒子与波粒子粒子颗粒性 （能量、动量） 相空间确定轨道牛顿力学波波相干性 （频率、波长） 物理量时空分布波动力学 经典图像：波粒不可调和 经典粒子 颗粒性 + 相空间确定轨道 经典波 相干性 + 物理量时空分布 量子观点：波粒二象性 颗粒性(能量+动量)与相干性(频率+波长)可共存 粒子不必有确定轨道，波不必有物理量时空分布1.光的

2、粒子性A. 黑体辐射：Planck量子化(1910)TCeCT231),(Wein经验公式：低频失效Reyleigh-Jeans：紫外灾难238( ,),TkTc 能量量子化Planck公式：完全吻合！238( ,)1hkThTce 001nhnhkTkThkTnnhnh eee光的粒子性B. 光电效应：Einstein光子说 (1905)实验事实： 存在阈值频率；出射电子能量与频率有关，与光强无关经典波动学说：光能依赖于光强，而不是频率光子假说：能量依赖于频率EhPh颗粒性相干性1923年，康普顿散射进一步证明光具有粒子性，且在微观粒子碰撞事件中，满足能量动量守恒2.微观粒子的波动性问题问题

3、：光具有粒子性，粒子是否有波动性？u 德布罗意波(物质波)假说 (1924)/vE hh p相干性颗粒性u自由粒子平面波：动量恒定，空间弥散2 exp2expxiitxpEth2.微观粒子的波动性u束缚态电子：定态驻波r2 rnh pprn /2an2222/ 28nn hEpmmaBohr量子化条件2.微观粒子的波动性u电子波动性实验验证：单晶衍射 1927年，戴维逊-革末实验，用电子束垂直投射到镍单晶(d=0.091nm)，电子束被散射2 sin2 sin 902ddn12.262ohAmEV =50 实验结果51o电子枪电子枪探测器探测器2.微观粒子的波动性u电子波动性实验验证：薄片衍射

4、 1927年，汤姆逊（G.P.Thomson）实验，电子在穿过金属箔片后产生衍射环晶体电子束 电子衍射实验证明了德布罗意关系的正确性2.微观粒子的波动性u电子波动性实验验证：双缝干涉 1961年，约翰孙（Johnson）在铜膜上刻出相距d=1m，宽b=0.3m的双缝，直接做了电子双缝实验单个电子集中于一点粒子性粒子性屏上落点随机分布，积累后出现干涉花纹 单个随机，单个随机，统计有规律统计有规律条件一定，重复实验，衍射条纹不变 统计分布一定统计分布一定双峰齐开与先后开一峰，条纹不同 非概率简单叠加非概率简单叠加单电子实验，花纹再现 单个电子有单个电子有“波动性波动性”，电电子与自身干涉，子与自身

5、干涉，“同时出现在两个地方同时出现在两个地方”哪条路检测器，条纹消失 “逻辑绞索逻辑绞索”电子的经历：出来是粒子，打到屏幕上也是粒子，但好像出来是粒子，打到屏幕上也是粒子，但好像是以波的形式走完这段路程，并受某种特定的函数约束！是以波的形式走完这段路程，并受某种特定的函数约束！u双缝实验短片u双缝实验的理解子弹水波电子 经典粒子：无干涉类型1212PPP 经典波：干涉类型1212hhh22121212121 22IhhhIIhh干涉项概率和波幅求和 电子：粒子概率+干涉条纹1212aaa概率波幅2121212PaaPP波包说: 波是电子的内部结构，电子是波包 波包会发散，不稳定分布说: 大量电

6、子产生的疏密波 单个电子亦有波动性 曾经两种错误观点 “亦粒亦波，非粒非波”波粒二象性有颗粒性和相干性，无确定轨道和实在物理量变化，是量子客体的内禀性质，受概率波支配 费曼说：只问能说些什么，别问怎么回事！波粒二象性少女？少女？老妇？老妇？两种图象不会同时两种图象不会同时出现在你的视觉中！出现在你的视觉中！ 类比：你看到了什么？3.不确定性原理问题问题：波粒二象性导致经典轨道何种程度失效？x d u简单说明sin22dsinppxdx ph u严格关系2pqu不能同时确定 无法准确测定电子在哪儿，跑多快？(Heisenberg 1927)3.不确定性原理u能量-时间不确定性不确定性关系：2E t Ev pE tv t px p u量子态寿命能级涨落 光谱自然线宽hE/2E 163.3 10()2( )eV sEs12112.7 104Ecm shcc 4.量子力学与Nobel奖4.量子力学与Nobel奖4.量子力学与Nobel奖4.量子力学与Nobel奖4.量子力学与Nobel奖4.量子力学与Nobel奖4.量子力学与Nobel奖4.量子力学与Nobel奖4.量子力学与Nobel奖习题A1: 已知琴弦振动的驻波条件为 （