量子力学-第二版-周世勋ppt课件.ppt

量量 子子 力力 学学Quantum mechanism量量 子子 力力 学学Quantum mechanism 宝鸡文理学院物理与信息技术系1量子力学量子力学教材与参考书教材与参考书 1.1.量量子子力力学学教教程程曾曾谨谨言言著著，（科科学学出出版版社社, ,20032003年第一版，普通高等教育十五国家级规划教材）年第一版，普通高等教育十五国家级规划教材） 2.2.量量子子力力学学导导论论曾曾谨谨言言著著，（北北京京大大学学出出版版社社，19981998年第二版）年第二版） 3.3.量量子子力力学学导导论论熊熊鈺鈺庆庆主主编编，（广广东东高高等等教教育育出版社，出版社，20002000年第一版）年第一版）量子力学教程量子力学教程周世勋编，高等教育出版社周世勋编，高等教育出版社教教 材材参考书及学习网站参考书及学习网站量子力学量子力学教材与参考书教材与参考书2 4.4.量量子子力力学学基基础础关关洪洪，（高高等等教教育育出出版版社社，19991999年第一版）年第一版） 5.5.量量子子力力学学汪汪德德新新，（湖湖北北科科学学技技术术出出版版社出版，社出版，20002000年第一版）年第一版） 6.6.量量子子力力学学教教程程习习题题剖剖析析孙孙婷婷雅雅编编，（科科学出版社出版，学出版社出版，20042004年第一版）年第一版） 7. 7. 宝宝鸡鸡文文理理学学院院陕陕西西省省精精品品课课程程量量子子力力学学，http:/218.195.112.45/jpkc/liangzi/kc_web/http:/218.195.112.45/jpkc/liangzi/kc_web/3目目 录录 ( (Content)Content)目目 录录 ( (Content)Content)p第一章第一章 绪论绪论Ch1. The basic concepts of quantum mechanismp第二章第二章 波函数和薛定谔方程波函数和薛定谔方程Ch2. The wave function and Schrdingers equationp第三章 量子力学中的力学量量子力学中的力学量Ch3. The Dynamical variable in Quantum Mechanismp第四章第四章 态和力学量的表象态和力学量的表象Ch4. The representation of the states and operatorsp第五章第五章 微扰理论微扰理论Ch5. Perturbation theory p第六章第六章 散射散射Ch6. The general theory of scatteringp第七章第七章 自旋与全同粒子自旋与全同粒子Ch7. Spin and identity of particles4第第 一一 章章 绪绪 论论The birth of quantum mechanism5 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism基本内容基本内容n 1.11.1 经典物理学的困难经典物理学的困难 The difficult in classical physicsThe difficult in classical physicsn 1.21.2 光的波粒二象性光的波粒二象性 The duality of light between wave and The duality of light between wave and particleparticlen 1.1.3 3 微粒的波粒二象性微粒的波粒二象性 The duality of small particles between The duality of small particles between wave and particlewave and particle6 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism 近几十年来，在不同领域相继发现了宏观量近几十年来，在不同领域相继发现了宏观量子效应（如超导现象，超流现象，乃至一些天子效应（如超导现象，超流现象，乃至一些天体现象），表明宏观世界的物质运动也遵循量体现象），表明宏观世界的物质运动也遵循量子力学规律，人们所熟知的子力学规律，人们所熟知的经典力学规律只是经典力学规律只是量子力学规律在特定条件下的一个近似。

量子力学规律在特定条件下的一个近似 量子力学是将物质的波动性与粒子性统一量子力学是将物质的波动性与粒子性统一起来的动力学理论起来的动力学理论，是是2020世纪初研究微观世界世纪初研究微观世界中粒子的运动规律建立起来的中粒子的运动规律建立起来的引引 言言引引 言言7 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism 量子力学这门学科的性质决定了它在近代物理学与科学技术乃至国民经济发展中的地位目前，它已广泛地应用到基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚态物理直到中子星、黑洞各个层次的研究，并且现代技术从集成电路、电子计算机到量子计算机，从原子弹、氢弹到核电站，从激光技术、超导技术到固体材料、纳米技术，无不以量子力学为其理论基础可以毫不夸张地说，没有量子力学就没有现代的科学技术 量子力学量子力学与与相对论相对论被称为当今物理学与现被称为当今物理学与现代科学技术的两大支柱代科学技术的两大支柱 量量子子力力学学的的学学术术地地位位8 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism量量子子力力学学的的发发展展概概况况旧量子理论阶段（旧量子理论阶段（1900-19131900-1913）玻尔为解决氢原子光谱问题而提出的氢原子的定态假玻尔为解决氢原子光谱问题而提出的氢原子的定态假设以及辐射跃迁定则（从普朗克提出能量子到玻尔旧设以及辐射跃迁定则（从普朗克提出能量子到玻尔旧量子理论阶段）量子理论阶段）二二. .量子力学建立阶段（量子力学建立阶段（1924-19271924-1927）从从19241924年德布罗意提出实物粒子同样具有波粒二象性年德布罗意提出实物粒子同样具有波粒二象性（德布罗意因此于（德布罗意因此于19461946年获诺贝尔物理学奖）年获诺贝尔物理学奖）9 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism量量子子力力学学的的几几种种表表示示形形式式1.1.薛定谔的波动力学：薛定谔的波动力学：2.2.用偏微分方程来表示，来源于德布罗意物质用偏微分方程来表示，来源于德布罗意物质波波3.3.的思想。

的思想4.4.2.2.海森堡的矩阵力学：海森堡的矩阵力学：5.5.在批判旧量子论的基础之上建立起来在批判旧量子论的基础之上建立起来6.6.3.3.狄拉克表述：狄拉克表述：7.7.更为普遍的形式更为普遍的形式10 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism 十九世纪末期，物理学理论在当时看来己发展到相十九世纪末期，物理学理论在当时看来己发展到相当完善的阶段，其各个分支已经建立起系统的理论：当完善的阶段，其各个分支已经建立起系统的理论： 在经典物理学的辉煌成就面前，有的科学家认为在经典物理学的辉煌成就面前，有的科学家认为物理学已大功告成绝对温标的创始人开尔文在物理学已大功告成绝对温标的创始人开尔文在18891889年新年贺词中说：年新年贺词中说： “ “1919世纪已将物理大厦全部建成，世纪已将物理大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰、完美这所大厦了今后物理学家的任务就是修饰、完美这所大厦了” 经典力学经典力学从牛顿三大定律发展为从牛顿三大定律发展为分析力学分析力学 电磁学电磁学与与光学光学发展成为发展成为麦克斯韦理论麦克斯韦理论 热学热学在建立了以在建立了以热力学定律为基础的宏观理热力学定律为基础的宏观理论论的同时，玻尔兹曼和吉布斯建立了称之为的同时，玻尔兹曼和吉布斯建立了称之为统统计物理学计物理学的微观理论的微观理论。

1 1. .1 11 1. .1 1经经典典物物理理学学的的困困难难一一. .经典物理学的成功经典物理学的成功11 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism 下面介绍经典物理学遇到的困难，以及如何解下面介绍经典物理学遇到的困难，以及如何解决这些困难并导致量子力学的诞生决这些困难并导致量子力学的诞生二二. .经典物理学经典物理学遇到遇到的的困难困难 但是这些信念，在进入但是这些信念，在进入2020世纪以后，受到了世纪以后，受到了冲击经典理论在解释一些新的实验结果上遇到冲击经典理论在解释一些新的实验结果上遇到了严重的困难了严重的困难 （1 1）黑体辐射问题）黑体辐射问题 （2 2）光电效应）光电效应 （3 3）原子光谱）原子光谱的线状结构的线状结构1.1 1.1 经典物理学的困难经典物理学的困难( (续续1 1) )12 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism黑体黑体: :物体对于外来的辐物体对于外来的辐射有反射和吸收作用。

如射有反射和吸收作用如果一个物体能全部吸收投果一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射在它上面的辐射而无反射，射，这种物体称为黑体这种物体称为黑体 黑体辐射问题所研究的是辐射（电磁波）与周围物体处于平衡状态时能量按波长（频率）的分布1 1黑体辐射黑体辐射 一个开有小孔的封闭空一个开有小孔的封闭空腔可看作是黑体腔可看作是黑体1.1 1.1 经典物理学的困难经典物理学的困难( (续续2 2) )13 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism黑体辐射实验事实：黑体辐射实验事实：1.1 1.1 经典物理学的困难经典物理学的困难( (续续3 3) ) 辐射热平衡状态辐射热平衡状态: : 处处于某一温度于某一温度 T T 下的腔壁，下的腔壁，单位面积所发射出的辐单位面积所发射出的辐射能量和它所吸收的辐射能量和它所吸收的辐射能量相等时，辐射达射能量相等时，辐射达到到热平衡状态热平衡状态实 验 曲 线 热平衡时，空腔辐射的能量密度，与辐射的波热平衡时，空腔辐射的能量密度，与辐射的波长的分布曲线，其形状和位置只与黑体的绝对温长的分布曲线，其形状和位置只与黑体的绝对温度度 T T 有关有关, , 而与黑体的而与黑体的形状形状和和材料材料无关无关。

14 Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论The birth of quantum mechanismThe birth of quantum mechanism 结论结论: : 在短波（高频）在短波（高频）部分与实验符合得很好，部分与实验符合得很好，但长波（低频）部分与但长波（低频）部分与实验实验则明显不一致则明显不一致 18961896年年, , 维恩根据经典热力学得出：维恩根据经典热力学得出：短波吻合好短波吻合好, ,长波段长波段不一致不一致实验实验瑞利瑞利- -琼斯琼斯维恩维恩T=1646kT=1646k（1 1）。