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量子力学课程简介基本粒子 原子核 原子 分子 团簇 纳米体系 介观体系目的要求量子力学的十大应用主要内容IV.态和力学量的表象:态的表象,算符的矩阵表示,量子力学公式的矩阵表述,幺正变换。 V.近似方法:定态微扰理论,变分法的基本原理及方法,含时微扰理论(跃迁几率、光的发射和吸收、选择定则)。 VI.电子自旋与角动量:电子自旋,自旋算符和波函数,角动量耦合,涉及自旋-轨道耦合时哈密顿的处理方法。 VII.全同粒子体系:全同粒子的特性,玻色子与费密子,全同粒子体系的波函数,泡利原理,两个电子的自旋波函数,氦原子,氢分子。 VIII.散射:散射过程的一般描述,散射截面,分波法,玻恩近似,方形势阱与势垒所产生的散射。参考教材§1.1量子力学发展简史第二节§1.2经典物理学的困难1899年开尔文在欧洲科学家新年聚会的贺词中说:物理学晴朗的天空上,飘着两朵令人不安的乌云迈克尔逊-莫雷实验是物理史上最有名的“失败的实验”多原子分子的比热也存在类似的问题。例如,双原子分子有6个自由度(三个平动自由度、两个转动自由度、一个振动自由度、),比热应该为7R/2。1904年Thomson提出有关原子结构的Thomson模型2.原子的线状光谱及其规律巴耳末系6562.8Å实验表明:一切物体都以电磁波的形式向外辐射能量。吸收比对于任意温度、或波长,绝对黑体的吸收比都恒为1维恩(Wien)由热力学的讨论,加上一些特殊的假设得出一个分布公式,维恩公式:问:1温度为室温20℃的黑体,其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少? 问:2测量得知,太阳光谱单色辐出度的峰值所对应的波长约为483nm。试由此估计太阳表面的温度?o二、早期量子论(1900——1924)普朗克发现要解释上列公式,需要作三个假设:补充1.证明Plank公式在高频区化为Wein公式,在低频区化为Rayley-Jeans公式。斯忒藩(Stefan)-玻耳兹曼定律经典物理遇到的困难实验普朗克能量子假说oU03*经典认为光强越大,饱和电流应该越大,光电子的 初动能也越大。但实验上光电子的初动能仅与频率 有关而与光强无关。当采用了光量子概念后,光电效应问题迎刃而解。当光量子射到金属表面时,一个光子的能量可能立即被一个电子吸收。但只当入射光频率足够大,即每一个光子的能量足够大时,电子才可能克服脱出功而逸出金属表面。逸出表面后,电子的动能为:§1.3光的量子性康普顿散射的实验规律:Compton认为X射线的光子与电子碰撞而发生散射。假设在碰撞过程中能量与动量是守恒的,由于反冲,电子带走一部分能量与动量,因而散射出去的光子的能量与动量都相应减小,即X射线频率变小而波长增大。 相对于X射线束中的光子能量,电子在轻原子中的束缚能很小,在碰撞前电子可视为静止。考虑到能量守恒定律,光子与电子的碰撞只能发生在一个平面中。假设碰撞过程中能量与动量守恒,即:(5)可得§1.4玻耳的量子论§1.5微观粒子的波粒二象性一个质量为m的实物粒子以速率v运动时,即具有以能量E和动量P所描述的粒子性,同时也具有以频率n和波长l所描述的波动性。二.自由粒子的波函数实验现象: 实验发现,单调地增加加速电压,电子探测器的电流并不是单调地增加的,而是出现明显的选择性。例如,只有在加速电压U=54V,且θ=500时,探测器中的电流才有极大值。X射线实验测得镍单晶的晶格常数d=0.215nmX射线经晶体的衍射图2、汤姆逊实验遮住缝1作业:2.德布罗意波统计解释分子的转动与振动能级f(v)