周共度版结构化学基础整合教案.pdf

教学过程 备 注 第一章 量子力学基础知识（ 12 学时） 一、教学内容： （一）微观粒子的运动特征 （二）量子力学基本假设 （三）角动量本征方程及其解 （四）薛定谔方程及其解 二、重、难点提示 （一）教学难点：新概念较多，逐一对新的概念讲细讲透，氢原子的薛定谔方程求解要点 （二）教学重点：与经典物理学理论相矛盾的实验现象，旧量子理论的内容与优缺点。量子 力学的基本假设，氢原子的薛定谔方程及求解要点 引入（组织教学和复习检查） ： 黑体辐射引入量子传输能量的谐振子模型 新知识传授： 第一章 量子力学基础和原子结构 第一课时 §1-1 量子力学建立的实验和理论背景 1900 年以前，物理学的发展处于经典物理学力学和统计物理学等组成。这些理论构成一个阶 段，它由 Newtan( 牛顿 )的经典力学， Maxwell （麦克思韦）的电、磁和光的电磁波理论，热相 当完善的体系，对当时常见的物理现象都可以从中得到说明。但是事物总是不断向前发展的， 人们的认识也是不断发展的。 在经典物理学取得上述成就的同时， 通过实验又发现了一些新现 象，它们是经典物理学无法解释的。 1. 黑体辐射——普朗克（ planck ）的量子假说：量子说的起源 黑体： 一种能全部吸收照射到它上面的各种波长的光， 同时也能发射各种波长光的物 体。 带有一个微孔的空心金属球， 非常接近于黑体， 进入金属球小孔的辐射， 经过多 次吸收、反射，使射入的辐射全部被吸收。当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部分通过 小孔逸出。 若以 表示黑体辐射的能量， 表示频率在 到 范围内、单位时间、单位表 面积上辐射的能量。以 对 作图，得到能量分布曲线。 由图中不同温度的曲线可见，随着温度（ T ）的增加， 的极大值向高频移动。 许 多 物 理 学 家 试 图 用 经 典 热 力 学 和 统 计 力 学 理 论 来 解 释 此 现 象 。 其 中 比 较 好 的 有 Rayleigh-Jeans （瑞利-金斯）包分子物理学中能量按自由度均分原则用到电磁辐射上，得到辐 射强度公式，它和实验结果比较，在长波处很接近实验曲线，而在短波长处与实验显著不符。 另一位是 Wein （维恩），他假设辐射按波长分布类似于 Maxwell 的分子速率分布，所得公式在 短波处与实验比较接近，但长波处与实验曲线相差很大。 1900 年，普朗克 (M. Planck) 根据这一实验事实， 突破了传统物理观念的束缚， 提出了量子化假 设： （1）黑体内分子、原子作简谐振动，这种作简谐振动的分子、原子称谐振子，黑体是有不同 频率的谐振子组成。每个谐振子的的能量只能取某一最小的能量单 位的整数倍， 被称 为 能 量 子 ， 它 正 比 于 振 子 频 率 ， h 为 普 朗 克 常 数 （h=6.624 ×10-27erg.sec=6.624 10-34J.s× ）。 ， 为谐振子的频率， h 为 planck 常数 （2 ） 谐振子的能量变化不连续，能量变化是 的整数倍。 - （n2-n1 ） 普朗克的假说成功地解释了黑体辐射实验。 普朗克提出的能量量子化的概念和经典物理学是不 相容的，因为经典物理学认为谐振子的能量由振幅决定，而振幅是可以连续变化的 ，并不受 限制，因此能量可以连续地取任意数值，而不受量子化的限制。 普朗克 (M. Planck) 能量量子化假设的提出，标志着量子理论的诞生。普朗克 (M