2022-2023学年高二物理竞赛课件：量子力学导论

量子力学导论 经典物理无法解释的实验现象 一、黑体辐射的规律 二、光电效应 寻找以太的 零结果？ 热辐射的 紫外灾难 物理世界上空的两朵乌云 第一节：玻尔模型的困难 光谱与玻尔模型 量子力学导论 2 第一节：玻尔模型的困难 玻尔理论的成功之处 1、量子态，定态得到实验验证； 2、解释了氢光谱问题； 3、理论上得到里德堡常量； 4、解释了类氢离子光谱； 5、元素周期律； 6、同位素的而发现 玻尔理论的困难 1、简单程度仅次于氢的氦光谱无法解释； 2、对于光谱线的强度无能为力； 3、光谱中的精细结构无能为力； 4、原子如何组成分子、液体和固体无法说明 量子力学导论 3 第一节：玻尔模型的困难 2 定态之间跃迁过程中，发射和吸收辐射的原因不清楚，对过程的描写十分含糊！ 玻尔理论中难以解决的内在矛盾 1 氢原子中核与电子之间的静电作用是有效的，但是定态的发射电磁波的能力为何消失了？ 量子力学导论 4 第一节：玻尔模型的困难 卢瑟福的质疑 当电子从一个能态跳到另一个能态时，您必须假设电子事先就知道它要往哪里去！ 陷入逻辑的恶性循环！ 我去过吗？？ 薛定谔的非难 糟糕的跃迁！电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，按照相对论，它的速度不能无限大，不能超过光速！那么跃迁必须经历一定的时间，在这段时间里，电子离开E1未到达E2，那么电子处于什么状态？这是那个糟糕的跃迁无法回答的！ 量子力学导论 5 玻尔 该理论是十分初步的，许多问题还没有解决 第一节：玻尔模型的困难 把微观粒子看做经典力学中的质点 玻尔理论困难的根源 把经典力学的规律用于微观粒子 根本解决途径：用全量子的观点看世界！ 量子力学导论 6 第二节：波粒二象性 在经典物理学中波和粒子是完全不同的两个概念。 是自然界中仅有的两种能量传递的方式。 是波就不能是粒子，是粒子就不能是波。是就是是，否就是否，无法用波和粒子描述同一事物。 粒子的特性： 定域性，占据一定的空间，有确定的质量、动量和电荷 粒子和粒子之间是分离的。 粒子的运动有确定的轨道。 波的特性： 广延性，周期性,迭加性，能产生干涉、衍射、偏振等现象。 量子力学导论 7 粒子 完全定域性 波长 频率 特征量 第二节：波粒二象性 波 质量 动量 电荷 特征量 1、粒子总可以看成是质点 2、根据牛顿力学，有严格的因果律 1、频率和波长原则上可严格确定。。。。。。 条件是波不能被约束 2、波的本质特征：叠加性 量子力学导论 8 对于光的认知： 1672年，牛顿，光的微粒说 1678年，惠更斯，光的波动说 十九世纪初，菲涅耳、夫琅和费和杨氏证实波动说 1905年，爱因斯坦，光量子 粒子 波 光的波粒二象性 徳布罗意的反思：整个世纪以来，在辐射理论上，比起关注波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法；在实物粒子理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于“粒子”的图象想的太多，而过分地忽略了波的图象？ 第二节：波粒二象性 量子力学导论 9 光的波粒二象性 光是一种电磁波已被我们充分认识，并被干涉、衍射、偏振等实验和麦克斯韦理论完全证明。光在传播时显示波动性。 光的波动性: 光的粒子性： 光电效应和康普顿效应等证明光的粒子性。 光在与物质作用，转移能量时显显示粒子性。 光是粒子性和波动性的矛盾统一体 传播 波动性 能量传递 粒子性 光既可以显示波的特性，又能显示粒子的特性 注意：在任何特定的事例中，光要么显示波性，要么显示粒子性，两者绝不会同时出现！ 量子力学导论 10 “整个世纪以来，在光学上比起波动的研究方法，是过于忽略了粒子的研究方法，在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想的太多，而过分忽略了波的图象？” “所有的物质粒子（m0不等于零）都具有波粒二象性，任何物质粒子都伴随着波，而且不可能将物体的运动和波的传播分开。 1、德布罗意假说 L. de Broglie 德布罗意 第二节：波粒二象性 量子力学导论 11 11 de Broglie将Einstein的光量子概念推广，提出了物质波的概念（1924年） 所有的波都具有粒子性 所有的粒子都具有波动性 不能将物质的运动和波的传播分开 能量为E，动量为P的粒子，伴随的波的波长和频率为： 德布罗意关系式： 质能方程 近代物理中的两个最重要的关系 量子力学导论 12 $