南京大学大学物理下课件-第15章量子物理

汇报人：郑老师2023-12-31南京大学《大学物理（下》课件-第15章量子物理-1目录引言量子力学基础量子力学中的基本概念量子力学中的重要实验量子力学的应用01引言010204量子物理的发展历程19世纪末经典物理的危机：黑体辐射、光电效应等现象无法用经典物理解释。1900年普朗克提出能量子假设：解决黑体辐射问题，标志着量子论的诞生。1913年玻尔提出原子结构模型：用量子化概念解释氢原子光谱。1925年-1927年量子力学的建立：海森堡、薛定谔等提出量子力学理论框架。03

量子物理的重要性解释微观世界的基本规律量子物理揭示了微观粒子如电子、光子等的运动规律。推动科技发展量子物理在信息技术、新材料、新能源等领域有广泛应用。改变人类生活量子物理的发展推动了电子学、通信、计算机等领域的进步。掌握量子力学的基本假设和原理。理解微观粒子的波粒二象性。熟悉量子力学中的重要概念和术语。本章学习目标02量子力学基础总结词描述光和微观粒子兼具波动和粒子两种性质的特征。详细描述在量子力学中，光和微观粒子如电子、质子等都具有波粒二象性。这意味着它们不仅具有明确的动量和位置，还表现出波动现象，如干涉和衍射。这一特性是经典物理学所无法解释的。波粒二象性描述量子力学中描述粒子状态的两个重要概念。总结词在量子力学中，粒子的状态是由一个复数函数来描述的，这个复数函数被称为波函数。波函数的模平方给出了粒子在某个位置被发现的概率，即概率密度。同时，波函数的相位信息则由概率幅来描述，它决定了粒子在空间中的分布情况。详细描述概率幅与概率密度总结词描述量子力学中无法同时精确测量某些物理量的原理。详细描述测不准原理是量子力学的一个重要特征，它表明我们无法同时精确测量某些物理量，如位置和动量。这是因为测量其中一个物理量会干扰另一个物理量的状态，导致其值变得不确定。这一原理是微观世界与经典物理学所描述的宏观世界的重要区别之一。测不准原理VS描述量子力学中粒子运动和变化的偏微分方程。详细描述薛定谔方程是量子力学的基本方程之一，用于描述微观粒子在空间中的运动和变化。这个方程是一个偏微分方程，通过求解它可以得到波函数的值，进而描述粒子的状态和行为。薛定谔方程是量子力学中最重要的方程之一，对于理解微观世界的运动规律具有重要意义。总结词薛定谔方程03量子力学中的基本概念态矢量表象态矢量的线性组合表象的变换态矢量与表象01020304描述量子系统状态的数学对象，通常用希腊字母表示，如|Ψ⟩。一种描述量子态的方式，通过选择一组基矢量来表示态矢量，常用矩阵表示。态矢量可以由一组基矢量线性组合而成，表示系统的叠加态。不同的表象之间可以通过矩阵变换进行转换。在量子力学中，算符是一种用来描述物理量的数学工具，通常用大写字母表示。算符算符可以对态矢量进行运算，得到新的态矢量。算符的运算规则在表象中，算符可以用矩阵表示，通过矩阵运算来描述物理量的演化。算符的矩阵表示算符之间存在一些基本的代数关系，如对易关系、共轭关系等。算符的代数性质算符在量子力学中，力学量用来描述物理系统中的可观测物理量。力学量通过测量某个力学量，可以得到系统在该力学量下的测量值。力学量的测量在量子力学中，测量值的概率分布由态矢量的模平方决定。测量值的概率分布多次测量某个力学量的平均值称为该力学量的期望值。测量值的期望值量子力学中的力学量在量子力学中，测量过程是一个不可逆的过程，会导致系统状态的坍缩。测量过程测量后坍缩测量结果的随机性测量值的确定当系统被测量后，其状态会立即坍缩到某个特定的本征态上。由于量子态的叠加性，测量结果具有随机性，每次测量的结果都是随机的。通过多次测量和统计平均的方法，可以确定某个力学量的精确值。测量与测量后坍缩04量子力学中的重要实验总结词揭示微观粒子波动性的实验详细描述双缝实验是量子力学中一个经典的实验，通过让单个光子或电子通过两个并排的小缝，然后测量这些粒子落在屏幕上的位置，可以观察到干涉现象，表明这些微观粒子具有波动性质。双缝实验验证量子力学非局域性的实验总结词贝尔不等式实验是用来验证量子力学非局域性的实验。通过测量两个纠缠光子的偏振状态，可以验证量子力学中的纠缠现象和预测结果，从而证明量子力学中的非局域性。详细描述贝尔不等式与量子纠缠验证光子存在波粒二象性的实验埃丁顿实验是验证光子存在波粒二象性的实验。通过让光子通过双缝，然后测量光子落在屏幕上的位置，可以观察到干涉现象，表明光子具有波动性质。同时，通过测量光子的偏振状态，可以证明光子同时具有粒子性质。总结词详细描述埃丁顿实验05量子力学的应用量子计算机基于量子力学原理构建的计算机，能够利用量子比特进行计算，突破传统计算机的限制。量子算法利用量子力学原理设计的算法，能够在多项式时间内解决某些经典算法难以解决的问题。量子计算利用量子力学原理进行计算的方法，具有经典计算无法比拟的优势，特别是在处理某些复杂问题时。量子计算利用量子力学原理实现的安全密钥分发技术，能够保证通信双方在传输过程中密钥的安全性。量子密钥分发量子隐形传态量子信道利用量子纠缠实现的信息传输技术，能够在不传递信息的情况下传输量子态。利用量子力学原理构建的通信通道，能够实现安全、可靠、高效的通信。030201量子通信利用量子力学原理生成的密钥，能够保证通信双方在传输