PPT《量子力学介绍》

量子力学介绍 雷奕安 量子力学的出现 经典物理的成功牛顿运动定理,日常生活(打篮球,开车),天文观测(太阳系各种行星的运动,海王星,冥王星的发现),航天(只用牛顿定理足够把人送上太空),蒸汽机,电话,电报决定论(只要知道某一时刻物体的状态,以后任意时刻都是可以预知的)麦克斯韦电磁理论热力学经典物理的疑难以太疑难(电磁学),光电效应物体的比热(热力学),黑体辐射原子结构,物质的波动性,…… 粒子与波(对光的认识) 牛顿-光是粒子直线传播,反射,折射托马斯・杨―光是波干涉,衍射爱因斯坦―光是粒子光电效应,照相术究竟是什么?有波的属性,也有粒子的属性,不是经典意义上的波或粒子 光的双缝干涉 子弹双缝试验 水波双缝试验 电子双缝试验 电子双缝试验(2) 不确定性原理 有位哲学家说过:"同样的条件总是导致同样的结果,这一点是科学存在的基础".

可是,这话不对! ―费曼修改的电子双缝试验:我们可以跟踪子弹的轨迹,按同样的思路跟踪电子 电子双缝试验(3) 电子双缝试验(3)的结果 电子只能从一条缝里出来如果我们知道电子从那条缝里出来,干涉就没有了关掉光源,干涉又出现了降低光源强度,有些电子观察不到,干涉图案也会部分出现没有观测到的电子同时通过两条缝 海森堡测不准原理 永远也不能同时测准两个有一定关系的物理量,比如一个粒子的位置和速度用光子观测电子的过程,光子的波长反比于动量.波长长,动量小,测得动量准,但位置不准,反之亦然.测量是一种作用过程,是用波来测量波的过程任何一个量都有不确定性 照相中的不确定性 几率与粒子性仙女座星云照片曝光量逐渐增加 照相 量子路径概念 普朗克-爱因斯坦光量子论 问题:黑体辐射能谱公式的紫外疑难假定能量是量子化的,即可以解决这一疑难普朗克――对于频率为v的电磁辐射,只能以hv为单位来吸收和辐射爱因斯坦――对于任何一个频率为的v谐振子,能量只能以hv为单位变化,解决了固体比热问题 物质波与薛定谔方程 德布罗意物质波:既然物质有波动行为,那么所有的物质都应该是波,所有物质的波长和动量遵循同一个关系薛定谔方程:既然物质以波的形式运动,就应该有一个波动方程来描述这种运动.猜出来的,没有更基本的原理.波的基本性质:叠加性 波函数的几率诠释 薛定谔方程解出的波函数的平方是几率分布测量导致态坍缩,测量测到允许的某一个值,测量过后就是这个值,以后的演化都从这个态开始薛定谔猫态,半个死猫态+半个活猫态,看了以后就决定了,看是一个测量过程 物质波的应用 直接观察到的物质波,电子,中子,氢原子,氦原子,双缝试验光学显微镜的极限,受光波波长限制,没有透镜可以偏折高能光子电子显微镜,可以获得很短波长的电子束,观察的细节更小中子显微镜加速器,对撞机日常生活中,物质波效应极其微小 原子与原子核 卢瑟福原子模型高能α粒子轰击,证明原子有很小的核 原子的光谱 证明原子中的电子有分立的能量 能量量子化 驻波方盒模型 方盒中电子的能量 氢原子的光谱 巴尔末线系 玻尔原子模型 原子不能用经典电磁学解释,经典的原子不可能存在原子只能稳定地存在于分立的能量上原子在两个能量态之间变化时,两态能量差就是放出或者吸收光子的能量对应原理――大量子数极限下,量子体系行为趋向于经典体系不能解释氢原子以外的多电子原子完全解释要靠后来的量子力学,薛定谔方程 氢原子的能级