匯報人：鄭老師2023-12-31南京大學《大學物理（下》課件-第15章量子物理-1目錄引言量子力學基礎量子力學中的基本概念量子力學中的重要實驗量子力學的應用01引言010204量子物理的發展歷程19世紀末經典物理的危機：黑體輻射、光電效應等現象無法用經典物理解釋。1900年普朗克提出能量子假設：解決黑體輻射問題，標志著量子論的誕生。1913年玻爾提出原子結構模型：用量子化概念解釋氫原子光譜。1925年-1927年量子力學的建立：海森堡、薛定諤等提出量子力學理論框架。03

量子物理的重要性解釋微觀世界的基本規律量子物理揭示了微觀粒子如電子、光子等的運動規律。推動科技發展量子物理在信息技術、新材料、新能源等領域有廣泛應用。改變人類生活量子物理的發展推動了電子學、通信、計算機等領域的進步。掌握量子力學的基本假設和原理。理解微觀粒子的波粒二象性。熟悉量子力學中的重要概念和術語。本章學習目標02量子力學基礎總結詞描述光和微觀粒子兼具波動和粒子兩種性質的特征。詳細描述在量子力學中，光和微觀粒子如電子、質子等都具有波粒二象性。這意味著它們不僅具有明確的動量和位置，還表現出波動現象，如干涉和衍射。這一特性是經典物理學所無法解釋的。波粒二象性描述量子力學中描述粒子狀態的兩個重要概念。總結詞在量子力學中，粒子的狀態是由一個復數函數來描述的，這個復數函數被稱為波函數。波函數的模平方給出了粒子在某個位置被發現的概率，即概率密度。同時，波函數的相位信息則由概率幅來描述，它決定了粒子在空間中的分布情況。詳細描述概率幅與概率密度總結詞描述量子力學中無法同時精確測量某些物理量的原理。詳細描述測不準原理是量子力學的一個重要特征，它表明我們無法同時精確測量某些物理量，如位置和動量。這是因為測量其中一個物理量會干擾另一個物理量的狀態，導致其值變得不確定。這一原理是微觀世界與經典物理學所描述的宏觀世界的重要區別之一。測不準原理VS描述量子力學中粒子運動和變化的偏微分方程。詳細描述薛定諤方程是量子力學的基本方程之一，用于描述微觀粒子在空間中的運動和變化。這個方程是一個偏微分方程，通過求解它可以得到波函數的值，進而描述粒子的狀態和行為。薛定諤方程是量子力學中最重要的方程之一，對于理解微觀世界的運動規律具有重要意義。總結詞薛定諤方程03量子力學中的基本概念態矢量表象態矢量的線性組合表象的變換態矢量與表象01020304描述量子系統狀態的數學對象，通常用希臘字母表示，如|Ψ?。一種描述量子態的方式，通過選擇一組基矢量來表示態矢量，常用矩陣表示。態矢量可以由一組基矢量線性組合而成，表示系統的疊加態。不同的表象之間可以通過矩陣變換進行轉換。在量子力學中，算符是一種用來描述物理量的數學工具，通常用大寫字母表示。算符算符可以對態矢量進行運算，得到新的態矢量。算符的運算規則在表象中，算符可以用矩陣表示，通過矩陣運算來描述物理量的演化。算符的矩陣表示算符之間存在一些基本的代數關系，如對易關系、共軛關系等。算符的代數性質算符在量子力學中，力學量用來描述物理系統中的可觀測物理量。力學量通過測量某個力學量，可以得到系統在該力學量下的測量值。力學量的測量在量子力學中，測量值的概率分布由態矢量的模平方決定。測量值的概率分布多次測量某個力學量的平均值稱為該力學量的期望值。測量值的期望值量子力學中的力學量在量子力學中，測量過程是一個不可逆的過程，會導致系統狀態的坍縮。測量過程測量后坍縮測量結果的隨機性測量值的確定當系統被測量后，其狀態會立即坍縮到某個特定的本征態上。由于量子態的疊加性，測量結果具有隨機性，每次測量的結果都是隨機的。通過多次測量和統計平均的方法，可以確定某個力學量的精確值。測量與測量后坍縮04量子力學中的重要實驗總結詞揭示微觀粒子波動性的實驗詳細描述雙縫實驗是量子力學中一個經典的實驗，通過讓單個光子或電子通過兩個并排的小縫，然后測量這些粒子落在屏幕上的位置，可以觀察到干涉現象，表明這些微觀粒子具有波動性質。雙縫實驗驗證量子力學非局域性的實驗總結詞貝爾不等式實驗是用來驗證量子力學非局域性的實驗。通過測量兩個糾纏光子的偏振狀態，可以驗證量子力學中的糾纏現象和預測結果，從而證明量子力學中的非局域性。詳細描述貝爾不等式與量子糾纏驗證光子存在波粒二象性的實驗埃丁頓實驗是驗證光子存在波粒二象性的實驗。通過讓光子通過雙縫，然后測量光子落在屏幕上的位置，可以觀察到干涉現象，表明光子具有波動性質。同時，通過測量光子的偏振狀態，可以證明光子同時具有粒子性質。總結詞詳細描述埃丁頓實驗05量子力學的應用量子計算機基于量子力學原理構建的計算機，能夠利用量子比特進行計算，突破傳統計算機的限制。量子算法利用量子力學原理設計的算法，能夠在多項式時間內解決某些經典算法難以解決的問題。量子計算利用量子力學原理進行計算的方法，具有經典計算無法比擬的優勢，特別是在處理某些復雜問題時。量子計算利用量子力學原理實現的安全密鑰分發技術，能夠保證通信雙方在傳輸過程中密鑰的安全性。量子密鑰分發量子隱形傳態量子信道利用量子糾纏實現的信息傳輸技術，能夠在不傳遞信息的情況下傳輸量子態。利用量子力學原理構建的通信通道，能夠實現安全、可靠、高效的通信。030201量子通信利用量子力學原理生成的密鑰，能夠保證通信雙方在傳輸