量子力学（第2版）课件 1前言 经典物理学的困难

河南科技大学李同伟

量子力学前言1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学研究微观粒子运动规律的科学现代物理学的理论基础之一使人们的认识从宏观层次跨进了微观层次推动了其他学科快速发展1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学原子物理原子核物理光学固体材料化学……哲学思考经典力学相对论力学经典电动力学经典统计力学（非相对论）量子力学相对论量子力学量子电动力学量子统计和量子场论低速高速宏观微观光速c普朗克常数h1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学宏观物理介观物理微观物理宏观物体微观器件分子、原子、原子核、基本粒子经典规律（量子的近似）量子力学旧量子论诞生于1900年，量子力学诞生于1925年前后经典理论旧量子论十九世纪末二十世纪初经典物理学成果累累无法解释的新的实验现象电子的发现阴极射线X射线黑体辐射迈克尔逊干涉实验旧量子论=+经典理论特殊假设（与经典理论矛盾）缺点意义没有摆脱经典的束缚，有很大局限性无法从本质上揭露微观世界的规律为量子力学发展提供了线索促进了量子力学的快速诞生1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学三个重要概念五个基本假设薛定谔方程算符波函数波函数假设算符假设薛定谔方程展开假定全同性原理1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学抛弃了经典的决定论思想，引入了概率波。力学量可以不连续地取值，且不确定。只有改变观念，才能真正认识到量子力学的本质。是人们的认识从决定论到概率论的一次巨大的飞跃。1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学深入到诸多领域派生出了许多新的学科前沿应用本世纪的三大热门科学：生命科学信息科学材料科学量子电动力学量子电子学量子光学量子通信量子化学......量子场论2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟院士等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。这是我国首次实现“量子计算优越性”，这一突破也使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。12月4日，《科学》杂志发表了该成果。1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学做出巨大贡献的物理学家获奖人获奖时间获奖工作普朗克1918基本作用量子爱因斯坦1921光电效应及数学物理方面的成就玻尔1922原子结构与原子辐射德布罗意1929电子的波动性海森堡1932创立量子力学（矩阵力学），原子核由质子和中子组成薛定谔1933创立量子力学（波动力学）狄拉克1933电子的相对论性方程，预言正电子泡利1945不相容原理玻恩1954波函数的统计解释1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学薛定谔德布罗意狄拉克海森堡普朗克泡利爱因斯坦玻尔玻恩1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学1927年布鲁塞尔第五届索尔维会议1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学近代物理两大理论支柱之一，开创了物理学的新时代。微观现象必须用量子力学去描述。对宏观现象的研究也应立足于量子力学。存在着量子宏观现象。考研需要。1量子力学的研究对象2量子力学在物理学中的地位3量子力学产生的基础4量子力学的研究内容5量子力学的特征6量子力学的应用前景7量子力学的奠基人8为什么要学习量子力学ABCD提交1-1下面科学家中对量子力学做出巨大贡献的是牛顿安培麦克斯韦薛定谔单选题1分第一章绪论§1-1经典物理学的困难§1-2早期的量子论观点§1-1经典物理学的困难知识点教学目标黑体辐射光电效应原子线状光谱原子核式结构固体比热通过回顾几个实验，清楚经典物理学面临的困难。思考经典物理出现困难的原因。本节内容1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热热辐射：任何物体都不停地向周围辐射电磁波。地球的热辐射黑体：任何温度下能全部吸收电磁波而无反射辐射平衡：单位时间内单位面积上，吸收的电磁波能量=

辐射的电磁波能量实验结果黑体处于热辐射平衡状态时，辐射能量密度随波长变化曲线如图所示。平衡时辐射能量按频率（或波长）分布的曲线只与黑体的绝对温度有关，而与空腔的形状及组成的物质无关。1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热经典物理的困难维恩公式：1894年，热力学理论瑞利—金斯公式：1900年，电磁理论和玻尔兹曼公式高频部分符合，低频部分不符合。经典结果与实验结果不完全符合，甚至得到荒谬的结论。低频部分符合，但当高频时发散。（紫外灾难）瑞利-金斯公式维恩公式1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热普朗克公式1900年10月，内插法符合得很好普朗克公式练习：由普朗克公式推出维恩公式和瑞利-金斯公式高频时低频时1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热现象赫兹1888年，发现光电效应汤姆逊1897年，由于紫外线照射，导致大量电子从金属表面逸出规律单位时间内由阴极发出的光电子数与光强成正比。光电子初动能与入射光频率呈线性关系。对每一种金属，存在截止频率（或红限频率）。弛豫时间很短（瞬时效应）。思考：经典解释的失败1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热巴耳末公式1885年里兹并合原则1908年问题：光谱项原子的分立的线状光谱产生的机制是什么？这些谱线的波长（数）为什么有这样简单的规律？光谱项的本质又是什么？1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热原子有核模型1911年卢瑟福按经典电动力学的理论，该模型将导致原子“塌缩”。辐射连续波长的电磁波。10-10m10-14～10-15m问题：实际上原子很稳定，而且辐射线状光谱。如何解释？1黑体辐射2光电效应3原子线状光谱4原子结构5固体比热固体中原子的平均能量杜隆—珀替定律问题：原子做微小振动，有3个自由度每个自由度上，平均动能和平均势能均为kT/2原子平均能量为3kT1mol固体物质的平均热能3N0