清华大学：《大学物理》第二册课程PPT教学课件（热学）第1章 波粒二象性

600K 量子物理 Quantum Physics 4500K 2005年秋季学期 3000K 陈信义编 1681012

量子物理 2005年秋季学期 Quantum Physics 陈信义编

目录 第1章波粒二象性 第2章薛定谔方程 第3章原子中的电子 △第4章固体中的电子 △第5章核物理和粒子物理简介

第1章 波粒二象性 第2章 薛定谔方程 第3章 原子中的电子 第4章 固体中的电子 第5章 核物理和粒子物理简介 目 录

量子力学是研究原子、分子和凝聚态物质的 结构和性质的理论基础,在化学、生物、信息 激光、能源和新材料等方面的科学研究和技术 开发中,发挥越来越重要的作用。 1900年,普朗克( M. Planck)提出能量子, 即能量量子化的概念,这对经典物理理论是 个极大的冲击,因为能量的连续性在经典 物理中是“天经地义”的事情。在物理学上 能量子概念的提出具有划时代的意义,它标 志了量子力学的诞生

量子力学是研究原子、分子和凝聚态物质的 结构和性质的理论基础，在化学、生物、信息、 激光、能源和新材料等方面的科学研究和技术 开发中，发挥越来越重要的作用。 1900年，普朗克（M.Pulanck）提出能量子， 即能量量子化的概念，这对经典物理理论是 一个极大的冲击，因为能量的连续性在经典 物理中是“天经地义”的事情。在物理学上， 能量子概念的提出具有划时代的意义，它标 志了量子力学的诞生

1905年,为解释光电效应,爱因斯坦提出光 量子(光子)的概念,指出光具有波粒二象性。 1923年,德布罗意(PL. de broglie)提出实物 粒子也具有波动性的假设。波粒二象性的假设, 为物质世界建立了一个统一的模型。物质具有 波粒二象性是建立量子力学的一个基本出发点 1927年,戴维孙( C. Davisson)和革末 ( L.h. Germer)通过镍单晶体表面对电子束的 散射,观测到和X光行射类似的电子衍射现象; 同年,GP汤姆孙(GP. Thomson)用电子束 通过多晶薄膜,证实了电子的波动性

1905年，为解释光电效应，爱因斯坦提出光 量子（光子）的概念，指出光具有波粒二象性。 1923年，德布罗意（P.L.de Broglie）提出实物 粒子也具有波动性的假设。波粒二象性的假设， 为物质世界建立了一个统一的模型。物质具有 波粒二象性是建立量子力学的一个基本出发点。 1927年 ，戴维孙 （ C.J.Davisson） 和革末 （L.H.Germer）通过镍单晶体表面对电子束的 散射，观测到和X光衍射类似的电子衍射现象； 同年，G.P.汤姆孙（G.P.Thomson）用电子束 通过多晶薄膜，证实了电子的波动性

1925年,海森伯( W.Heisenberg)放 弃电子轨道等经典概念,用实验上 可观测到的光谱线的频率和强度描 述原子过程,奠定了量子力学的 种形式矩阵力学的基础。 W. Heisenberg 1926年,薛定谔( ESchrodinger) 提出了非相对论粒子(能量远小于 静能)的运动方程一薛定谔方程, 由此方程出发的量子力学称为波动 力学。 E Schrodinger

1925年，海森伯(W.Heisenberg)放 弃电子轨道等经典概念，用实验上 可观测到的光谱线的频率和强度描 述原子过程，奠定了量子力学的一 种形式—矩阵力学的基础。 1926年，薛定谔(E.Schrodinger) 提出了非相对论粒子（能量远小于 静能）的运动方程—薛定谔方程， 由此方程出发的量子力学称为波动 力学

同年,狄拉克(PA.M. Dirac)提 出了电子的相对论性运动方程狄拉 克方程,把狭义相对论引入薛定谔方 程,统一了量子论和相对论,为研究 粒子物理的量子场论奠定了基础。 P.A.MDirac 矩阵力学和波动力学是等价的,前者偏重 于物质的粒子性,后者偏重于物质的波动性, 它们是量子力学的两种不同描述方式。薛定谔 方程是微分方程,数学工具人们比较熟悉,我 们只简要介绍波动力学

矩阵力学和波动力学是等价的，前者偏重 于物质的粒子性，后者偏重于物质的波动性， 它们是量子力学的两种不同描述方式。薛定谔 方程是微分方程，数学工具人们比较熟悉，我 们只简要介绍波动力学。 同年，狄拉克（P.A.M. Dirac）提 出了电子的相对论性运动方程—狄拉 克方程，把狭义相对论引入薛定谔方 程，统一了量子论和相对论，为研究 粒子物理的量子场论奠定了基础

量子物理的理论基础独立于经典力学,同我 们的日常感受格格不入。对于生活在宏观世界 又比较熟悉经典力学的人们来说,学习量子物 理确有一定难度。初学者往往试图用经典的概 念去理解量子物理,这将使学习陷入困境。 物理学是基于实验事实的信仰,对于量子物 理来说尤其是这样。合理的假定总是有些道理 可讲的,但它不能由更基本的假定或理论推导 出来,其正确性只能用实验来检验。相信这些 基本假定,并自觉应用它们去分析和解决问题, 是学习和理解量子物理的第一步

量子物理的理论基础独立于经典力学，同我 们的日常感受格格不入。对于生活在宏观世界 又比较熟悉经典力学的人们来说，学习量子物 理确有一定难度。初学者往往试图用经典的概 念去理解量子物理，这将使学习陷入困境。 物理学是基于实验事实的信仰，对于量子物 理来说尤其是这样。合理的假定总是有些道理 可讲的，但它不能由更基本的假定或理论推导 出来，其正确性只能用实验来检验。相信这些 基本假定，并自觉应用它们去分析和解决问题， 是学习和理解量子物理的第一步

强烈建议做好预习,带着问题来上课,否则 你会觉得被动和郁闷。 首先介绍揭示波粒二象性的实验规律,它们 不但是建立量子力学的实验基础,而且在现代 科学技术中也有广泛的应用。然后简要介绍量 子力学中的一些最基本的概念和规律

强烈建议做好预习，带着问题来上课，否则 你会觉得被动和郁闷。 首先介绍揭示波粒二象性的实验规律，它们 不但是建立量子力学的实验基础，而且在现代 科学技术中也有广泛的应用。然后简要介绍量 子力学中的一些最基本的概念和规律

第1章波粒二象性 Wave-particle duality §11黑体辐射 △§12光电效应(自学) §13光子、光的二象性 §1.4康普顿效应 §15实物粒子的波动性 §1.6概率波与概率幅 §17不确定关系

§1.1黑体辐射 △ §1.2光电效应（自学） §1.3光子、光的二象性 §1.4 康普顿效应 §1.5 实物粒子的波动性 §1.6 概率波与概率幅 §1.7不确定关系 第1章 波粒二象性 Wave-particle duality

§11黑体辐射( Black- body radiation) 一、热辐射的基本概念 1、热辐射( thermal radiation) 物体由大量原子组成,热运动引起原子碰撞 使原子激发而辐射电磁波。原子的动能越大, 通过碰撞引起原子激发的能量就越高,从而辐 射电磁波的波长就越短。 热运动是混乱的,原子的动能与温度有关, 因而辐射电磁波的能量也与温度有关。 例如:加热铁块,温度个,铁块颜色由看 不出发光→>暗红橙色→黄白色→蓝白色

§1.1黑体辐射（Black-body radiation） 物体由大量原子组成，热运动引起原子碰撞 使原子激发而辐射电磁波。原子的动能越大， 通过碰撞引起原子激发的能量就越高，从而辐 射电磁波的波长就越短。 热运动是混乱的，原子的动能与温度有关， 因而辐射电磁波的能量也与温度有关。 一、热辐射的基本概念 1、热辐射（thermal radiation） 例如：加热铁块，温度，铁块颜色由看 不出发光 → 暗红→ 橙色→ 黄白色→ 蓝白色