量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。量子力学的发展简史:量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。1900年,普朗克提出辐射量子假说,假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式实现的,能量子的大小同辐射频率成正比,比例常数称为普朗克常数,从而得出黑体辐射能量分布公式,成功地解释了黑体辐射现象。1905年,爱因斯坦引进光量子的概念,并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系,成功地
量子理论的主要内容是什么?
如果说光在空间的传播是相对论的关键,那么光的发射和吸收则带来了量子论的革命。我们知道物体加热时会放出辐射,科学家们想知道这是为什么。为了研究的方便,他们假设了一种本身不发光、能吸收所有照射其上的光线的完美辐射体,称为“黑体”。研究过程中,科学家发现按麦克斯韦电磁波理论计算出的黑体光谱紫外部分的能量是无限的,显然发生了谬误,这为“紫外线灾难。”提供了依据。1900年,德国物理学家普朗克提出了物质中振动原子的新模型。他从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念,提出了辐射的量子论。关于量子论中的不连续性,我们可以这样理解:如温度的增加或降低,我们认为是连续的,从一度升到二度中间必须经过0.1.度0.1度之前必定有0.01度。但是量子论认为在某两个数值之间例如1度和3度之间可以没有2度,就像我们花钱买东西一样,一分钱是最小的量了,你不可能拿出0.1分钱,虽然你可以以厘为单位计算钱数。这个一分钱就是钱币的最小的量。而这个最小的量就是量子。他认为各种频率的电磁波,包括光只能以各自确定分量的能量从振子射出,这种能量微粒称为量子,光的量子称为光量子,简称光子。根据这个模型计算出的黑体光谱与实际观测到的相一致。这揭开了物理学上崭新的一页。量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律,而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不仅给光学,也给整个物理学提供了新的概念,故通常把它的诞生视为近代物理学的起点。
量子理论是什么?
量子理论是当今人们研究微观世界的理论,也有人称为研究量子现象的物理学。
量子概念是1900年普朗克首先提出的,到今天已经一百一十多年了。期间,经过玻尔、德布罗意、玻恩、海森柏、薛定谔、狄拉克、爱因斯坦等许多物理大师的创新努力,到20世纪30年代,初步建立了一套完整的量子力学理论。
我们把科学家们在研究原子、分子、原子核、基本粒子时所观察到的关于微观世界的系列特殊的物理现象称为量子现象。
量子世界除了其线度极其微小之外10^-10~10^-15m量级,另一个主要特征是它们所涉及的许多宏观世界所对应的物理量往往不能取连续变化的值,如:坐标、动量、能量、角动量、自旋,甚至取值不确定。许多实验事实表明,量子世界满足的物理规律不再是经典的牛顿力学,而是量子物理学。
量子物理学是当今人们研究微观世界的理论,也有人称为研究量子现象的物理学。
量子理论的内容
原子的量子理论内容提要
1、氢原子光谱谱线系公式
实验表明,氢原子光谱的波数 (波长的倒数)满足下面的公式:
2、波尔的三个假设
(1)定态假设:电子在原子核库仑引力作用下,按经典力学规律,沿圆形轨道运动,且不向外辐射电磁波,因而原子处于稳定状态(定态),其能量(称能级)保持不变.
(2)频率条件:当原子由高能级 的定态跃迁至低能级 的定态要发射光子,反之要吸收光子。即
光子频率满足下面的条件:
(3)电子绕核轨道角动量L的量子化条件
式中n=1,2,3,……,上式说明电子只能在某些特定的分立轨道上运动。
3、玻尔氢原子定态能级公式:
,
玻尔氢原子电子轨道公式:,
(3)电离能:,电子距原子核无穷远,称为原子的电离,使原子电离所需的能量称为电离能(结合能)
基态氢原子的电离能为
(4)跃迁辐射:当电子获得能量后,由低能级向高能级跃迁,则原子处于激发态。而基态是氢原子最稳定的状态,处于激发态的原子将辐射多余的能量回到基态,也可先回到内层任意一个态(中间激发态),最后回到基态。
4、波函数
描写微观粒子运动状态的函数称为波函数。
对于在一维空间运动的粒子,用表示波函数。
(1)波函数振幅的平方描写粒子出现于空间某处的概率密度,概率密度P(x,t)是t时刻在坐标x附近单位长度间隔内找到粒子的概率。即
(2)波函数的归一化条件
在dx内找到粒子的概率:
整个空间找到粒子的概率为1,即
(3)波函数的标准条件:必须是单值、连续、有限的函数。
5、一维定态薛定谔方程
(1)定态波函数
如果粒子势能U与时间t无关,则粒子的总能量E(动能与势能之和)也与时间无关,称粒子处于定态
此时
其中称定态波函数。
(2)一维定态薛定谔方程
粒子在势场中运动,其定态波函数满足下面的方程:
①根据的具体形式解上面的微分方程,再加上波函数的标准条件,归一化条件,就可以解出
②对于某个势场,一般只有一些特定E的值才有解,使薛定谔方程有解的E值称为本征能量,对应的波函数称为本征函数。
6、一维无限深势阱
势能函数
解薛定谔方程得,本征能量(粒子的能量)必须满足的条件为:
本征函数为:
粒子的概率密度分布为:
也可根据驻波观点说明能量量子化:
一维无限深势阱宽度
,
7、量子力学认为,氢原子中电子的能量、轨道角动量及其空间取向、自旋角动量及其空间取向都是量子化的。
(1)能量量子化
在求解薛定谔方程时,为了使氢原子的波函数满足标准条件,氢原子的能量必须满足量子化条件:
,式中称为主量子数
(2)轨道角动量量子化
在量子力学中,用空间概率分布描写粒子的状态,因而氢原子中电子没有轨道的概念,但电子轨道角动量的概念还是有的,电子轨道角动量L必须满足下面的量子化条件:
l 称为角量子数
(3)轨道角动量空间量子化
轨道角动量在外磁场方向(z轴)的分量应满足下面空间量子化条件:
m 称为磁量子数
(4) 自旋角动量量子化
施忒恩和盖拉赫发现处于基态的银原子射线通过不均匀磁场后分裂为两条。为了解释这种现象,乌仑贝克和高斯米特认为,电子有绕自身轴线自旋的运动,相应的电子自旋角动量S也是量子化的:
s 称为自旋量子数
(5)自旋角动量空间量子化
自旋角动量在外磁场方向的投影为:
ms 称为自旋磁量子数
8、描述多电子原子中电子运动状态的四个量子数:
主量子数n决定原子的总能量
(相应主壳层符号:
角量子数l决定原子中电子轨道角动量的大小,对能量也有一定影响。
(相应次壳层符号:)
磁量子数 决定原子中电子轨道角动量在外磁场方向的投影值,
自旋磁量子数 决定自旋角动量在外磁场方向的投影值。
(原子中电子运动状态一定,这四个量子数具有确定值。)
9、泡利不相容原理:原子中的每一个状态(n,l, , )只能容纳一个电子。
一个次壳层可以容纳的最多电子数:
一个主壳层可以容纳的最多电子数:
10、根据能量最小原理,原子中电子壳层填充顺序为:
原子的电子组态:
量子力学理论到底是什么
量子力学,为物理学理论,是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。
它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。
19世纪末,人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统,于是经由物理学家的努力,在20世纪初创立量子力学,解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述。
扩展资料:
量子力学是描述微观物质的理论,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱,许多物理学理论和科学如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科都是以量子力学为基础所进行的。
量子力学是描写原子和亚原子尺度的物理学理论。该理论形成于20世纪初期,彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里,粒子不是台球,而是嗡嗡跳跃的概率云,它们不只存在一个位置,也不会从点A通过一条单一路径到达点B。
根据量子理论,粒子的行为常常像波,用于描述粒子行为的“波函数”预测一个粒子可能的特性,诸如它的位置和速度,而非确定的特性。物理学中有些怪异的概念,诸如纠缠和不确定性原理,就源于量子力学
参考资料来源:百度百科-量子力学
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