量子物理第一章课件.ppt

目 录 (Content) 第 一 章 绪 论 §1.2 光的波粒二象性 一、黑体辐射与Planck的量子论 （3）普朗克（1900年）对黑体辐射的解释 爱因斯坦（1905年）对光电效应的解释 3．康普顿散射(1922—1923) 原子结构的玻尔理论 一.德布罗意假设——微粒的波粒二象性 二.德布罗意假设的实验验证 学习要求 §1.3 原子结构的玻尔理论 经典物理的另一类困难来自原子结构和原子谱线。 经典物理学不能建立一个稳定的原子模型。根据经典电动力学，电子环绕原子核运动是加速运动，因而不断以辐射方式发射出能量，电子的能量变得越来越小，因此绕原子核运动的电子，终究会因大量损失能量而“掉到”原子核中去，原子就“崩溃”了，但是，现实世界表明，原子稳定的存在着。 氢原子光谱有许多分立谱线组成。1885年瑞士巴尔末(Balmer)发现紫外光附近的一个线系，并得出氢原子谱线的经验公式,即著名的巴尔末公式： 后来又发现了一系列线系，它们可用下面公式表示： 由经典的力学和电磁理论得不到稳定结构的原子和 离散的原子谱线 经典物理的另一类困难来自原子结构和原子谱线。由经典的力学和电磁理论得不到稳定结构的原子和离散的原子谱线 1912年，时年27岁的丹麦物理学家玻尔（Bohr）来到卢瑟福（Rutherford）实验室对原子结构的谱线进行研究，为解释氢原子的辐射光谱，1913年提出原子结构的半经典理论，其假设有两点： 获得1922年诺贝尔物理学奖 （1）特定的定态轨道 轨道量子化条件: （2）定态跃迁频率 原子处于定态时不辐射，但是因某种原因，电子可以从一个能级 En 跃迁到另一个较低（高）的能级 Em ，同时将发射（吸收）一个光子。光子的频率为： + ?v r e 1.玻尔假设 2.量子化条件的推广 由理论力学知，若将角动量 L 选为广义动量，则θ为广义坐标。考虑积分并利用 Bohr 提出的量子化条件，有 索末菲将 Bohr 量子化条件推广为推广后的量子化条件可用于多自由度情况， 这样索末菲量子化条件不仅能解释氢原子光谱，而且对于只有一个电子（Li，Na，K 等）的一些原子光谱也能很好的解释。 对玻尔理论的评价 成功地解释了原子的稳定性、大小及氢原子光谱的规律性。定态假设（定态具有稳定性和确定的能量值）依然保留在近代量子论中。为人们认识微观世界和建立量子理论打下了基础。 玻尔理论无法克服的困难 (1) 只能解释氢原子及碱金属原子的光谱，而不能解释含有两个电子或两个电子以上价电子的原子的光谱。 (2) 只能给出氢原子光谱线的频率，而不能计算谱线的强度及这种跃迁的几率，更不能指出哪些跃迁能观察到以及哪些跃迁观察不到。 玻尔理论是经典与量子的混合物，它保留了经典的确定性轨道，另一方面又假定量子化条件来限制电子的运动。它不能解释稍微复杂的原子问题，并没有成为一个完整的量子理论体系,是半经典量子理论。正是这些困难，迎来了物理学的大革命。 1924年，时为研究生的青年物理学家德布罗意在Einstein光量子理论的启发下，注意到经典理论在处理电子，原子等实物粒子方面所遇到的困难，是否会是经典理论走了另一个极端，即仅注意到粒子性一方面，而忽视了其波动性一方面。 § 1.4 微粒的波粒二象性 于当年向巴黎大学理学院提交的博士论文中 提出： 在光学上，比起波动的研究来，过于 忽略了粒子的一面；在物质理论上，是否发 生了相反的错误，是不是我们把粒子的图象 想得太多，而过于忽略了波的图象。 指出一切物质粒子（原子、电子、质子 等）都具有粒子性和波动性，在一定条件下， 表现出粒子性，在另一些条件下体现出波动性。 德布罗意假设（de-Broglie assumption） 自由粒子具有 质量 m 速度 V 能量 E 动量 波长 频率 德布罗意关系 称 为 德布罗意波 讨论： 能量为E 的自由粒子的德布罗意波的波长 例如:自由粒子的能量 和动量 为常量，与它相联系的波是 和 都不变的平面单色波： 微观粒子的状态用波函数描述 Ex.1 求经电势差为V伏特的电场加速后的电子的波长。 库仑 千克 若V=150伏， 纳米 若V=100000伏， 纳米 （1纳米=10-9m） 能量 电子波长比可见光的波长（λ?0-7m）小5个数量级，比原子的半径（0.1 - 0.2纳米）还小得多。 波长太小, 在宏观上测不到！ Ex.2 求飞行的子弹 ，速度V=5.0?102m/s 对应的德布罗意波长 de Broglie 波1924年提出后，1927-1928年由戴维逊(D