原子物理(00003)市公开课金奖市赛课一等奖课件

第三章：量子力学初步AtomicPhysics

原子物理学结束第1页第1页结束第一节：物质二象性第三章：量子力学初步目录nextback波动性：干涉、衍射、偏振光二象性德布罗意波

光二象性粒子性：黑体辐射、光电效应中表现德布罗意波第2页第2页结束第一节：物质二象性第三章：量子力学初步目录nextback德布罗意波：光二象性德布罗意波德布罗意波试验检查戴维孙、革末电子衍射（散射）试验(1927年)菊池正士、GP汤姆逊和塔尔塔科夫斯基透射衍射试验（1928年）第3页第3页结束第一节：物质二象性第三章：量子力学初步目录nextback透射衍射：光二象性德布罗意波第4页第4页结束第一节：物质二象性第三章：量子力学初步目录nextback光二象性德布罗意波单缝衍射：第5页第5页结束第一节：物质二象性第三章：量子力学初步目录nextback光二象性德布罗意波第6页第6页结束第一节：物质二象性第三章：量子力学初步目录nextback光二象性德布罗意波第7页第7页结束第一节：物质二象性第三章：量子力学初步目录nextback光二象性德布罗意波一束电子中，电子动能为200eV，电子德布罗意波长？第8页第8页结束第一节：物质二象性第三章：量子力学初步目录nextback光二象性德布罗意波电子显微镜：比光更短波长，更高分辨率第9页第9页结束第二节：测不准原理第三章：量子力学初步目录nextback测不准原理光二象性德布罗意波第10页第10页结束第二节：测不准原理第三章：量子力学初步目录nextback光二象性德布罗意波单缝衍射预计测不准关系：单缝衍射关系第11页第11页结束第二节：测不准原理第三章：量子力学初步目录nextback光二象性德布罗意波测不准关系是普遍原理：测不准关系反应能级宽度与寿命：第12页第12页结束第三节：波函数及其物理意义第三章：量子力学初步目录nextback波函数意义波函数特性自由粒子波函数：物质波实质波函数与玻尔轨道量子化条件复数数形式：第13页第13页结束第三节：波函数及其物理意义第三章：量子力学初步目录nextback波函数意义波函数特性利用：物质波实质波函数与玻尔轨道量子化条件量子力学中波函数形式：第14页第14页结束第三节：波函数及其物理意义第三章：量子力学初步目录nextback波函数意义波函数特性波函数意义波函数与玻尔轨道量子化条件波包：大量粒子分布密度改变电子双缝干涉在每次只有一个电子通过狭缝情况下仍有干涉图样第15页第15页结束第三节：波函数及其物理意义第三章：量子力学初步目录nextback波函数意义波函数特性波恩提出德布罗意波统计意义：

波函数反应粒子在空间出现几率波函数与玻尔轨道量子化条件按照宏观概念中由波幅反应光强与微观概念光子数相应关系，dτ体积内发觉粒子概率由波函数幅度决定：第16页第16页结束第三节：波函数及其物理意义第三章：量子力学初步目录nextback波函数意义波函数特性按照波函数物理意义，波函数应当满足条件:波函数与玻尔轨道量子化条件连续、单值、有限、归一化第17页第17页结束第三节：波函数及其物理意义第三章：量子力学初步目录nextback波函数与玻尔轨道量子化条件：波函数单值性要求轨道周长必须是德布罗意波长整数倍：第18页第18页结束第四节：薛定谔方程第三章：量子力学初步目录nextback第19页第19页结束第四节：薛定谔方程第三章：量子力学初步目录nextback对波函数：求偏导数得：第20页第20页结束第四节：薛定谔方程第三章：量子力学初步目录nextback在有外场时：无外场时：第21页第21页结束第四节：薛定谔方程第三章：量子力学初步目录nextback如果外场V只是位置坐标函数，不随时间改变，波函数可认为两部分乘积：定态薛定谔方程定态力学量算符定态：能量不随时间改变态带入薛定谔方程分离变量：上式左右应是与空间、时间无关常数第22页第22页结束第四节：薛定谔方程第三章：量子力学初步目录nextback定态薛定谔方程定态力学量算符由得定态薛定谔方程第23页第23页结束第四节：薛定谔方程第三章：量子力学初步目录nextback力学量算符定态力学量算符由得算符：在运算上存在相应关系第24页第24页结束第四节：薛定谔方程第三章：量子力学初步目录nextback在典型力学中定态力学量算符称为哈密顿量。算符：在运算上存在相应关系称为哈密顿算符。定态薛定谔方程：第25页第25页结束上节回顾第三章：量子力学初步目录nextback得布罗意波：自由粒子波函数表示：哈密顿算符：测不准关系：波函数物理意义：波函数应满足条件：连续、单值、有限、归一化薛定谔方程：定态薛定谔方程：第26页第26页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子势垒哈密顿算符定态薛定谔方程：无限势井第27页第27页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子哈密顿算符定态薛定谔方程：无限势井在I区：势垒第28页第28页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子定态薛定谔方程：无限势井在I区：势垒第29页第29页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子无限势井在I区：势垒第30页第30页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子无限势井在II区：势垒第31页第31页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子无限势井考虑波函数连续性，在I区边界，波函数应等于零：势垒第32页第32页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子无限势井势垒第33页第33页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子无限势井使用归一化条件：势垒第34页第34页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子无限势井势垒能量量子化：第35页第35页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维无限深势井中粒子简谐振子无限势井宇称：镜像对称空间物理性质分布宇称是偶性宇称是奇性势垒第36页第36页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维谐振子简谐振子势垒哈密顿函数：哈密顿算符：定态薛定谔方程：第37页第37页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维谐振子简谐振子势垒变形为：化简为：第38页第38页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback一维谐振子简谐振子势垒解：厄米特多项式第39页第39页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback势垒简谐振子势垒求粒子在三个不同区域出现几率第40页第40页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback势垒简谐振子势垒I区II区III区粒子在III区出现几率不是零第41页第41页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback势垒简谐振子势垒由I区到III区透射率：隧道效应第42页第42页结束第五节：量子力学问题简例第三章：量子力学初步目录nextback势垒扫描隧道显微镜隧道电流：1981年，德裔物理学家葛.宾尼(GerdBining)博士和他导师海.罗雷尔(HeinrichRohrer)博士创造。1986年获诺奖。第43页第43页结束第六节：量子力学对氢原子描述第三章：量子力学初步目录nextback势能：球对称分布，采用球坐标：定态方程：第44页第44页结束第六节：量子力学对氢原子描述第三章：量子力学初步目录nextback分离变量得：第45页第45页结束第六节：量子力学对氢原子描述第三章：量子力学初步目录nextback分离变量得：第46页第46页结束第六节：量子力学对氢原子描述第三章：量子力学初步目录nextback分离变量关于R方程为：关于Θ方程变为：第47页第47页结束第六节：量子力学对氢原子描述第三章：量子力学初步目录nextback分离变量求解：得：第48页第48页结束第六节：量子力学对氢原子描述第三章：量子力学初步目录nextback波函数：能量：第49页第49页结束第六节：量子力学对氢原子描述第三章：量子力学初步目录nextback角动量算符：角动量：第50页第50页结束第六节：量子力学对氢原子描述第三章：量子力学初步目录nextback能量：角动量：Z分量：同一能量（n），有n个可能不同角动量同一角动量（ℓ），有2ℓ+1个不同空间取向原子状态是高度简并，同一能量有n(2n+1)个不同状态角动量第51页第51页结束第六节：量子力学对氢原子描述