2021-2022学年高二物理竞赛课件：量子物理基础.pptx

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1、量子物理基础量子物理基础Planck普朗克普朗克EinsteinEinstein爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦ComptonCompton康普顿康普顿康普顿康普顿DavissonDavisson戴维孙戴维孙戴维孙戴维孙WeinWein维恩维恩维恩维恩Rutherford卢瑟福卢瑟福Bohr玻尔玻尔Sommerfeld索末非索末非lenard勒纳德勒纳德Thomson汤姆孙汤姆孙chadwickchadwick查德威克查德威克查德威克查德威克becquerelbecquerel贝克勒尔贝克勒尔贝克勒尔贝克勒尔Frank夫兰克夫兰克Hertz赫兹赫兹whbraggwhbragg布拉格布拉格布拉格

2、布拉格wlbraggwlbragg布拉格布拉格布拉格布拉格bothebothe玻色玻色玻色玻色ZeemanZeeman塞曼塞曼塞曼塞曼pauli泡利泡利Stark斯达克斯达克SternStern斯特恩斯特恩斯特恩斯特恩李政道、杨振林李政道、杨振林weinbergweinberg温伯格温伯格温伯格温伯格wignerwigner魏格纳魏格纳魏格纳魏格纳WillsonWillson威尔孙威尔孙威尔孙威尔孙braunbraun布劳恩布劳恩布劳恩布劳恩Salam萨拉姆萨拉姆BornBorn波恩波恩波恩波恩Heisenberg海森伯海森伯Schrdinger薛定谔薛定谔deBroglie德布罗易德布罗易F

3、eynman费曼费曼Dirac狄拉克狄拉克Landau郎道郎道吴健雄吴健雄fermifermi费米费米费米费米Mayer梅耶梅耶glashowglashow格拉肖格拉肖格拉肖格拉肖jensenjensen吉孙吉孙吉孙吉孙丁肇忠丁肇忠丁肇忠丁肇忠CooperCooper库伯库伯库伯库伯霍金霍金First Solvay Conference 1911辐射和量子辐射和量子1927年索耳威第五届会议主题是年索耳威第五届会议主题是电子与光学电子与光学1933第七届索耳威会议第七届索耳威会议原子核的构造和性质原子核的构造和性质Solvay Physics Congress,1921第第17章量子力学基础章

4、量子力学基础1.量子力学发展线索量子力学发展线索17.0章序章序黑体辐射研究黑体辐射研究能量子观念能量子观念光电效应研究光电效应研究固体低温比热固体低温比热康普顿实验康普顿实验光量子观念光量子观念德布罗易假设德布罗易假设波粒二象性波粒二象性量子力学体系量子力学体系2.本章内容结构本章内容结构(1)实物粒子的波粒二象性与不确定关系实物粒子的波粒二象性与不确定关系(2)薛薛定谔方程的建立及初步应用定谔方程的建立及初步应用(3)原子中电子的存在状况原子中电子的存在状况17.1微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性 一德布罗易物质波观念一德布罗易物质波观念 1.德布罗易物质波观念的提出德布罗易物质波

5、观念的提出光的波动学说光的波动学说牛顿光的微粒说牛顿光的微粒说惠更斯惠更斯光的波动说光的波动说物质微粒的微粒说物质微粒的微粒说物质微粒的波动说物质微粒的波动说物质微粒的波粒二象性物质微粒的波粒二象性光电效应光电效应光光的的波波粒粒二二象象性性2.德布罗易物质波观念的数学表述德布罗易物质波观念的数学表述 第二式推导第二式推导结论结论：实物粒子不仅具有：实物粒子不仅具有粒子性粒子性，同时也具有，同时也具有波动性波动性 实物粒子的波粒二象性是实物粒子的波粒二象性是其内禀属性其内禀属性实物粒子的波粒二象性数学表述是通过实物粒子的波粒二象性数学表述是通过类比类比光的波粒二光的波粒二象性得到的象性得到的讨

6、论：讨论：I.德布罗易关系式的物理意义德布罗易关系式的物理意义 II.对实物粒子，德布罗易关系式的两个公式互相独立对实物粒子，德布罗易关系式的两个公式互相独立III.物质微粒的能量是指其物质微粒的能量是指其总能量总能量，而不是粒子的动能，而不是粒子的动能 粒子粒子低速运动低速运动时，可用粒子动能代替其总能量求解波长时，可用粒子动能代替其总能量求解波长 例：电子的总能量可写为例：电子的总能量可写为 推算：物质波推算：物质波波长计算公式波长计算公式；并得到低速；并得到低速近似计算公式近似计算公式 解：由狭义相对论解：由狭义相对论 文献查阅：文先俊，简述建立量子力学基本原理的思想方法，高等函授学文献

7、查阅：文先俊，简述建立量子力学基本原理的思想方法，高等函授学 报，报，1997，vol.4，p2933 3.由德布罗易关系得到的若干结论由德布罗易关系得到的若干结论 I 宏观粒子的波长极小，仅显示出极其微弱的波动性宏观粒子的波长极小，仅显示出极其微弱的波动性例：已知：例：已知：微尘：微尘：m1=10-15kg，v1=10-2m/s；小球：小球：m2=10-3kg v2=10-1m/s；电子电子:m3=9.11 10-31kg，v3=5 107m/s求：它们各自的德布罗意波长求：它们各自的德布罗意波长 解：解：微尘微尘小球小球电子电子(m)II 由德布罗易关系得到玻尔量子条件由德布罗易关系得到玻

8、尔量子条件驻波条件：电子回转一周的周长应为其波长整数倍，即驻波条件：电子回转一周的周长应为其波长整数倍，即讨论讨论 作用量作用量：称与：称与mrv有相同量纲的物理量为系统作用量有相同量纲的物理量为系统作用量 结论：结论：当微观粒子的作用量与当微观粒子的作用量与h可相比拟时，该系统称量子系统可相比拟时，该系统称量子系统思考题思考题：无限深势阱中粒子能：无限深势阱中粒子能 量量子化量量子化III 由德布罗易关系得到氢原子基态能量由德布罗易关系得到氢原子基态能量解：氢原子能量解：氢原子能量 E对对r求极值，可得求极值，可得()小结：小结：由德布罗易关系推导出的若干结论与已有理论或实验由德布罗易关系推导出的若干结论与已有理论或实验 结果是一致的，初步检验了它的合理性结果是一致的，初步检验了它的合理性 二德布罗意波的实验验证二德布罗意波的实验验证 1.戴维逊革末实验戴维逊革末实验 阴极电压阴极电压实验装置实验装置