量子力学第一章课件cqu
59页1、量子力学,量子力学是现代物理学的理论基础之一,是研究微观粒子运动规律的科学,使人们对物质世界的认识从宏观层次跨进了微观层次。 综观其发展史可谓是群星璀璨、光彩纷呈。它不仅较大地推动了原子物理、原子核物理、光学、固体材料、化学等科学理论的发展,还引发了人们对哲学意义上的思考。,早期量子论,量子力学,相对论量子力学,普朗克能量量子化假说 爱因斯坦光子假说 康普顿效应 玻尔的氢原子理论,德布罗意实物粒子波粒二象性 薛定谔方程 波恩的物质波统计解释 海森伯的测不准关系,狄拉克把量子力学与狭义相对论相结合,20世纪物理学最大的发现:相对论和量子力学。如果你能把物理学学到最薄处,用一页纸写出物理学的精华,那上面一定写着:对称,和谐,美. To see a world in a grain of sand and a heaven in a wild flower Hold infinite in the palm of your hand and eternity in an hour. 一粒沙里有一个世界 一朵花里有一个天堂 把无穷无尽握于手掌 永恒宁非是刹那时光 (荷兰,乌仑贝克,1925年电
2、子自旋发现者),绪论,第一章,1、量子力学研究内容: 研究微观粒子(分子、原子、原子核、电子等)运动规律的理论。 它是20世纪20年代在总结大量事实核旧量子论的基础上建立起来的。随着量子力学的出现,人类对于物质微观结构的认识日益深入,从而能较深刻地掌握物质的物理和化学的性能及其变化的规律,为利用这些规律于生产开辟了广阔的途径。量子力学是物理学中的基础理论之一。 2、量子力学研究对象: 反映微观粒子、分子、原子、低速运动的规律。,3、量子力学在物理学上地位: 量子力学是物理学三大基本理论之一。 四大力学:理论力学,量子力学,热力学统计物理,电动力学。 4、物理学基本理论分三大块: 经典物理学-研究低速、宏观物体; 相对论-研究高速运动物体; 量子力学-研究微观粒子。 相对论、量子力学是近代物理的二大支柱。,5、量子力学与现代科学技术是紧密相连,凡涉及原子分子层次的现代科技都离不开量子力学, 如半导体技术、纳米材料、激光、量子通讯、量子计算机等。现代医学、生物基因工程都与量子力学紧密相关,许多疾病、有关生命现象只有在原子分子层次上才能加以解释。 量子力学的特点: 1. 抽象。独立于经典物理
3、,自成一套系统,脱离与人们日常生活的经验,难以理解,如没有运动轨道。 2. 理论本身一些内容不能直接用实验验证,如薛定谔方程、E=h等,原因是微观粒子太小,目前实验无法直接观察。3. 理论形式本身不是唯一的。 量子力学目前主要有二种理论形式: 薛定谔波动力学 海森堡矩阵力学,另外还有路径积分理论(比较少用) 原因是量子力学理论基本上结合实验假设、猜测出来的,主观成份较多。,量子力学参考书很多,较适中的有:,参考书: 曾谨言 量子力学教程 曾谨言 量子力学卷1、2 张永德 量子力学 习题 钱伯初量子力学习 题精选与剖析 J.J.Sakurai: ,量子力学应用到的数学知识:分离变量法解微分方程;线性代数(矩阵的定义和运算,行列式,向量,本征值);高等数学中的微积分,数学准备见附录与教案,矩阵: 线性空间,向量,具体见教案,第一章 量子力学的诞生,教学目的:了解量子力学的研究对象、适用范围、量子力学的发展过程、玻尔的量子理论、光和粒子的波粒二象性。,作业:1.2;1.3,补充例题:投球手以40米每秒投出一个质量为0.15 千克的棒球,请计算棒球的deBroglie波长. (答案:1.1 x
4、 10 -34 m),宏观物理的机械运动: 牛顿力学 电磁现象: 麦克斯韦方程 光现象: 光的波动理论 热现象: 热力学与统计物理学 多数物理学家认为物理学的重要定律均以发现,理论已相当完善了,以后物理学的任务只是提高实验精度和研究理论的应用。19世纪末20世纪初:“在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云。” (1)“紫外灾难”,经典理论得出的瑞利金斯公式,在高频部分趋无穷。 (2)“以太漂移”,迈克尔逊莫雷实验表明,不存在以太。 以太:人们认为电磁场依托于一种固态介质。, 11 经典物理学的困难,历史有惊人的相似之处,当前,处于21世纪之处,物理学硕果累累,但也遇到两大困惑:“夸克禁闭”和“对称性破缺”。预示物理学正面临新的挑战。 黑体辐射; 光电效应 ;原子的光谱线系; 固体低温下的比热;光的波粒二象性; 玻尔原子结构理论(半经典);微观粒子的波粒二象性,Heisenberg Schrodinger,一 黑体辐射问题 黑体:一个物体能全部吸收辐射在它上面的电磁波而无反射。 热辐射:任何物体都有热辐射。 当黑体的辐射与周围物体处于平衡状态时的能量分布: 热力学+特殊假设
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