量子力学第一章绪论综述.ppt

一、德布罗意的物质波 德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960) 德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。 1923年，德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。1924年，在博士论文《关于量子理论的研究》中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。 爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。 法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。 一个质量为m的实物粒子以速率V 运动时，即具有以能量E和动量P所描述的粒子性，同时也具有以频率n和波长l所描述的波动性。 德布罗意关系 如速度v=5.0?102m/s飞行的子弹，质量为m=10-2Kg，对应的德布罗意波长为： 如电子m=9.1?10-31Kg，速度v=5.0?107m/s, 对应的德布罗意波长为： 太小测不到！ X射线波段 自由粒子 单色平面波 r 驻波条件: 低速运动 若V=150伏 若V=104伏 二、电子衍射实验 1、戴维逊-革末实验 G M 戴维逊和革末的实验(1927-1928年)是用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。1937年他们与G. P.汤姆孙一起获得Nobel物理学奖。 实验装置： 电子从灯丝K飞出，经电势差为U的加速电场，通过狭缝后成为很细的电子束，投射到晶体M上，散射后进入电子探测器，由电流计G测量出电流。 K θ 法拉第园 筒 入射电子注 镍单晶 ? d 衍射最大值公式 若V=54伏 2、汤姆逊实验 1927年，汤姆逊在实验中，让电子束通过薄金属膜后射到照相底片上，结果发现，与X射线通过金箔时一样，也产生了清晰的电子衍射图样。 1993年，Crommie等人用扫描隧道显微镜技术，把蒸发到铜（111）表面上的铁原子排列成半径为7.13nm的圆环形量子围栏，用实验观测到了在围栏内形成的同心圆状的驻波(“量子围栏”)，直观地证实了电子的波动性。 3、电子通过狭缝的衍射实验： 1961年，约恩孙 (Jonsson)制成长为50mm，宽为0.3mm ，缝间距为1.0mm的多缝。用50V的加速电压加速电子，使电子束分别通过单缝、双缝等，均得到衍射图样。 X射线经晶体的衍射图 电子射线经晶体的衍射图 第一章 绪论 §1.1 经典物理学的成就与困难 §1.2 光的波粒二象性 §1.3 原子结构的玻尔理论 §1.4 微观粒子的波粒二象性 §1.1 经典物理学的成就与困难 一 经典物理学的成就 19世纪末，物理学理论在当时看来已经发展到相当完善的阶段。主要表现在以下两个方面： (1) 应用牛顿方程成功的讨论了从天体到地上各种尺度的力学客体体的运动，将其用于分子运动上，气体分子运动论，取得有益的结果。1897年汤姆森发现了电子，这个发现表明电子的行为类似于一个牛顿粒子。 (2) 光的波动性在1803年由杨的衍射实验有力揭示出来，麦克斯韦在1864年发现的光和电磁现象之间的联系把光的波动性置于更加坚实的基础之上。 二 经典物理学的困难 但是这些信念，在进入20世纪以后，受到了冲击。经典理论在解释一些新的试验结果上遇到了严重的困难。 （1）黑体辐射问题 （2）光电效应 （3）氢原子光谱 1899年开尔文在欧洲科学家新年聚会的贺词中说：物理学晴朗的天空上， 飘着几朵令人不安的乌云 黑体辐射 迈克尔逊 —莫雷实验 光电效应 氢原子光谱 康普顿效应 量子力学 狭义相对论 世纪之交实验物理学对理论物理学的挑战 迈克耳逊—莫雷实验 1887年，阿尔贝特·迈克尔逊和爱德华·莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了测量以太速度的实验。但结果一无所获，从而证明了以太不存在，说明了光速在真空中的不变性。 十八十九世纪时，人们认为“真空”中存在着一种无所不在的物体称为“以太”，光波应该通过以太传播 。 §1.2 光的波粒二象性 一、 光的波动性 四、 Compton效应 二、 黑体辐射 三、 光电效应 一、光的波动性 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 二、黑 体 辐 射 黑体：能吸收射到其上的全部辐射的物体，这种物体就称为绝对黑体，简称黑体。 黑体辐射：由这样的空腔小孔发出的辐射就称为黑体辐射。 实验发现：