2021-2022学年高二物理竞赛课件：量子力学绪论.pptx

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1、量子力学绪论1 1经典力学：关于日常生活的力学，桌子、人、车的运动和相互作用Sir Isaac Newton1.惯性定律.2.力等于质量乘以加速度3.作用力等于反作用力21687 牛顿 原理1788 拉格朗日 力学分析1834 哈密尔顿力学1864 麦克斯韦方程组1900 玻尔兹曼熵方程经典力学数个世纪处于统治地位3黑体辐射氢原子光谱牛顿力学无能为力?Stern-Gerlach 实验经典力学无法解释20世纪初的几个重要实验41900 普朗克常数1913 玻尔原子模型1925 泡利不相容原理1926 薛定谔方程1948 费因曼路径积分公式奇异性增加奇异性增加1954 Everett多世界理论解释

2、量子力学用来解释这些实验并逐步发展成非常成功的物理理论5多小算非常小呢?1 meter经典尺寸1 micrometer经典尺寸1 millimeter经典尺寸1 nanometer量子尺寸！量子效应只在非常小的尺度比较明显6多重要呢?如果没有量子力学:所有原子将都不稳定.宇宙将会爆炸原子无法形成化学键所有分子解体生化反应无法进行.生命无法存在但是量子力学非常重要7量子力学是什么？89开尔文男爵开尔文男爵 19 19 世世纪纪的的最最后后一一天天,开开尔尔文文爵爵士士在在回回顾顾物物理理学学所所取取得得的的伟伟大大成成就就时时说说:“物物理理大大厦厦已已经经落落成成，所所剩只是一些修饰工作。剩只

3、是一些修饰工作。”大厦的上空漂浮着大厦的上空漂浮着两朵乌云两朵乌云，使经典物理，使经典物理学陷入了危机。学陷入了危机。1.迈克尔逊干涉实验迈克尔逊干涉实验。以太假设。以太假设2.黑体辐射黑体辐射。紫外灾难。紫外灾难量子力学出现的背景量子力学出现的背景在展望未来时，他提出在展望未来时，他提出1.1.以太假设以太假设:以前的物理学家假定光和电以前的物理学家假定光和电 磁波必须借助磁波必须借助以太为媒介来传播以太为媒介来传播2.2.黑体辐射：黑体辐射：吸收所有电磁波的物体吸收所有电磁波的物体对对 外的辐射外的辐射迈克尔逊迈克尔逊普朗克普朗克2020世纪初的物理学危机世纪初的物理学危机10普朗克普朗克

4、假定黑体内电磁振子能量假定黑体内电磁振子能量迈克尔逊迈克尔逊光速和参考系无光速和参考系无关关以太说破产以太说破产不连续，一块一块（量子）不连续，一块一块（量子）必须表达为必须表达为 hn n的整数倍的整数倍h=6.6310-34m2kg/s普朗克、爱因斯坦，玻尔、普朗克、爱因斯坦，玻尔、海森堡、薛海森堡、薛定谔、泡利、德布罗意、玻恩、费米、定谔、泡利、德布罗意、玻恩、费米、狄拉克狄拉克量子力学量子力学相对论相对论洛仑兹洛仑兹爱因斯坦爱因斯坦量子力学出现的背景量子力学出现的背景11量子力学研究什么？量子力学研究什么？经典物理经典物理宏观宏观(Macroscopicscale)天体运动，天体运动，

5、各种机械运动，各种机械运动，流体运动，弹子球等流体运动，弹子球等距离距离原子尺度原子尺度速度速度光速光速量子力学量子力学微观微观(Atomicscale)原子尺度原子尺度的光和物质（质子，电子，的光和物质（质子，电子，中子等）的运动与相互作用中子等）的运动与相互作用1.1.不能以普通经验来想象，不能以普通经验来想象，超于经验常识。超于经验常识。2.2.只能以抽象的想象方式来进行。只能以抽象的想象方式来进行。3.3.不能告诉你量子力学不能告诉你量子力学为何为何如此运作，只能如此运作，只能了解她了解她如何如何运作，遵从什么规则。运作，遵从什么规则。量子行为？量子力学的一些基本概念！量子行为？量子力

6、学的一些基本概念！注意注意12理想实验理想实验理想实验：在实验结果基础上，抓住主要矛盾忽略次要矛盾对问题进行分析。理想实验：在实验结果基础上，抓住主要矛盾忽略次要矛盾对问题进行分析。如何了解量子行为？如何了解量子行为？既像粒子又像波既像粒子又像波（说是一物极不中）（说是一物极不中）子弹子弹 水波水波电子电子光，电子，质子，中子等的量子行为都遵从同样的规律光，电子，质子，中子等的量子行为都遵从同样的规律光的行为符合量子规则光的行为符合量子规则量子行为量子行为波粒二相性波粒二相性牛顿牛顿粒子粒子惠更斯惠更斯波动波动经典物理经典物理量子力学量子力学光光时间时间/实验实验13子弹行为子弹行为(纯粒子纯粒子)小孔正好能让一个子弹通过。小孔正好能让一个子弹通过。子弹不会分裂，总是子弹不会分裂，总是整颗整颗到达后板到达后板。无干涉无干涉P1P2P1212x双孔铁板双孔铁板吸收木板吸收木板P12=P1+P2子弹在木板子弹在木板x x处的几率处的几率N Nx x和和N:N:在一段时间在一段时间T T内射到木板上内射到木板上x x处的的子弹数和射到木板上的子弹总数。处的的子弹数和射到木板上的子弹总数。