中科大量子力学课件1.ppt

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量量子子力力学学Quantummechanism量量子子力力学学Quantummechanism1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，出版社出版，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参考书量子力学量子力学教材与参考书教材与参考书24.4.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.ProblemsProblemsininquantumquantummechanicsmechanicswithwithsolutionssolutions（量量子子力力学学题题解解），G.G.L.L.SquiresSquires，（世界图书出版公司）（世界图书出版公司）3目目录录（Content）Content）目目录录（Content）Content）p第一章第一章绪论绪论（量子力学的诞生量子力学的诞生）Ch1.Introduction（TheThebirthofquantummechanismbirthofquantummechanism）p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.ThewavefunctionandSchrdingersequationp第三章量子力学中的力学量量子力学中的力学量Ch3.TheDynamicalvariableinQuantumMechanismp第四章第四章态和力学量的表象态和力学量的表象Ch4.Therepresentationofthestatesandoperatorsp第五章第五章微扰理论微扰理论Ch5.Perturbationtheoryp第六章第六章散射散射Ch6.Thegeneraltheoryofscatteringp第七章第七章自旋与全同粒子自旋与全同粒子Ch7.Spinandidentityofparticles4第第一一章章绪绪论论Thebirthofquantummechanism5Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism基本内容基本内容n1.11.1经典物理学的困难经典物理学的困难ThedifficultinclassicalphysicsThedifficultinclassicalphysicsn1.21.2光的波粒二象性光的波粒二象性ThedualityoflightbetweenwaveandThedualityoflightbetweenwaveandparticleparticlen1.1.33微粒的波粒二象性微粒的波粒二象性ThedualityofsmallparticlesbetweenThedualityofsmallparticlesbetweenwaveandparticlewaveandparticlen小结小结ReviewReview6Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism学学习习提提要要学学习习提提要要11光的波粒二象性的实验事实及其解释光的波粒二象性的实验事实及其解释22原子结构的玻尔理论和索末菲的量子化条件原子结构的玻尔理论和索末菲的量子化条件33德布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设德布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设44德布罗意波的实验验证：

戴维孙德布罗意波的实验验证：

戴维孙-革末实验革末实验从戴维孙从戴维孙-革末的电子衍射实验和电子的单缝、双革末的电子衍射实验和电子的单缝、双缝衍射实验认识物质粒子（如电子和分子）在具有粒缝衍射实验认识物质粒子（如电子和分子）在具有粒子性一面外，还具有波动性的一面，即粒子具有波粒子性一面外，还具有波动性的一面，即粒子具有波粒二象性。

二象性。

返回返回7Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism学学习习要要求求学学习习要要求求1.1.了解光的波粒二象性的主要实验事实；掌握德了解光的波粒二象性的主要实验事实；掌握德布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设和索末菲布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设和索末菲的量子化条件。

的量子化条件。

2.2.掌握德布罗意公式和德布罗意波掌握德布罗意公式和德布罗意波德布罗意关系：

德布罗意关系：

德布罗意波：

德布罗意波：

8Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism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9Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism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10Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism十九世纪末叶，物理学理论在当时看来己发展到相十九世纪末叶，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。

11.1111.11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11Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism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试验结果上遇到冲击。

经典理论在解释一些新的试验结果上遇到了严重的困难。

了严重的困难。

（11）黑体辐射问题）黑体辐射问题（22）光电效应）光电效应（33）原子光谱）原子光谱的线状结构的线状结构1.11.1经典物理学的困难经典物理学的困难（续续11）12Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism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。

11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。

1.11.1经典物理学的困难经典物理学的困难（续续22）13Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism黑体辐射实验事实：

黑体辐射实验事实：

1.11.1经典物理学的困难经典物理学的困难（续续33）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TT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TT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。

14Chap.1.Chap.1.绪论绪论绪论绪论ThebirthofquantummechanismThebirthofquantummechanism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