16.8四个维度.ppt

西安交通大学理学院 王瑞敏 三. 四个量子数 （表征电子的运动状态） 1.主量子数 n ( 1 , 2 , 3, ……) 2. 副量子数 l ( 0，1，2，……. , n -1 ) 3. 磁量子数 ml ( 0，±1， ± 2，……. , ± l ) 4.自旋磁量子数 ms ( 1/2 , -1/2 ) 大体上决定了电子能量 决定电子的轨道角动量大小，对能量也有稍许影响。 决定电子轨道角动量空间取向 决定电子自旋角动量空间取向 §16.8 原子的电子壳层结构 一.原子的电子壳层结构 二.泡利不相容原理 (1925年) 在一个原子中, 不能有两个或两个以上的电子处在完全相同的量子态 ，即它们不能具有一组完全相同的量子数（ n， l ，ml ， ms ）。 18 8 2 Z ms 2 1 0 -1 -2 1 0 -1 0 1 0 -1 0 0 ml 2 1 0 1 0 0 l 3 2 1 n 容纳电子的最大数目 原子处于正常状态时，每个电子都趋向占据可能的最低能级 三.能量最小原理 能级高低 主量子数 n 决定 角量子数 l 影响 2 1 6 2 6 2 2 Sc 21 钪 1 2 6 6 2 2 6 6 2 2 2 2 K Ca 19 钾 20 钙 1 2 6 2 2 2 6 6 6 2 2 2 2 2 2 Al Si Ar 13 铝 14 硅 18 氩 1 2 6 2 2 2 2 2 2 B C Ne 5 硼 6 碳 10 氖 1 2 2 2 Li Be 3 锂 4 铍 1 2 H He 1 氢 2 氦 4s 3d 3p 3s 2p 2s 1s 4s 能级 低于 3d 能级 D = n + 0.7 l 部分原子的电子排列 N.玻尔、M.玻恩、 W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康普顿、M.居里、P.A.M 狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森堡、 郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔 等 第五次索尔维会议与会者合影(1927年) 关于量子理论的争论 量 子 物 理 一、几个概念 热辐射 单色辐出度 黑体（斯特藩定律、维恩定律） 普朗克量子假说 二、光电效应 红限 截止电压 三、康普顿散射 四、氢原子光谱 能量 角动量 角动量在外磁场的投影 五、波粒二相性 六、不确定关系 七、波函数 物理意义 概率密度 满足条件 八、薛定谔方程 九、电子自旋 频率条件 §19.7 激 光 Laser ——light amplification by stimulated emission of radiation 一.光的吸收与辐射 1. 自发辐射 E2 E1 ——高能级上的粒子数 ——自发辐射系数 2. 受激辐射 E2 E1 单位时间内发生受激辐射的粒子数： 单位时间内发生自发辐射的粒子数： 《大学物理》 西安交通大学理学院 王瑞敏 《大学物理》 西安交通大学理学院 王瑞敏 E2 E1 I —— 入射单色光光强 B —— 受激辐射系数 3. 受激吸收 单位时间内发生受激吸收的粒子数： B‘ —— 受激吸收系数 平衡时 、B、B‘统称为爱因斯坦系数，它们与原子本身的性质有关。 二.粒子数反转和光放大 忽略 + kN2 IB - kN1 IB 介质中的光强 I 自发辐射 受激辐射 受激吸收 粒子数反转态 介质 热平衡状态 光强变化 若介质处于粒子数反转态，光在其中传播时得以放大。 说明 《大学物理》 西安交通大学理学院 王瑞敏 1. 粒子数反转 增益介质 I I+dI z dz 经过介质薄层，光强增量为 I I0 I0 z o 2. 增益系数 实现粒子数反转的条件: (1)增益介质：处于粒子数反转态的介质。光传播时被放大。 (2) 激励(抽运)系统 《大学物理》 西安交通大学理学院 王瑞敏 G -- 增益系数 在增益介质内，光强 I 随传播距离按指数增加。 电子 碰撞 碰撞 亚稳态 例 He-Ne激光器中Ne气粒子数反转态的实现 《大学物理》 西安交通大学理学院 王瑞敏 一. 激光器的基本构成及激光的形成 §19.8 激光器的基本构成 激光的形成 激励能源 增益介质 谐振腔 全反射镜 部分 反射镜 (99?) 谐振腔，增益介质，激励能源。 1. 基本构成部分 2. 激光的形成 光束在谐振腔内来回震荡，在增益介质中的传播使光得以放大，并输出激光。 《大学物理》 西安交通大学理学院 王瑞敏 二. 谐振腔的作用 增益介质 2. 限定光的方向 沿轴线的光在增益介质内来 回反射，连锁放大，输出形 成激光。其它方向的光很快逸出谐振腔。 3. 选择光振荡的频率 （驻波条件） I0 eGL r1I0