第19章从经典物理学到量子力学1.pptVIP

玻尔（Niels henrik David Bohr，1885-1962） 在1913年发表了《论原子结构与分子结构》等三篇论文，提出了在卢瑟福原子有核模型基础上的关于原子稳定性和量子跃迁的三条假设，从而圆满地解释了氢原子的光谱规律。 玻尔的成功，使量子理论取得重大发展，推动了量子物理的形成，具有划时代的意义。 玻尔于1922年12月10日诺贝尔诞生100周年之际，在瑞典首都接受了当年的诺贝尔物理学奖金。 1937年，他来中国作学术访问，表达了对中国人民的友好情谊。 丹麦理论物理学家，现代物理学的创始人之一 Rutherford的学生 四、氢原子的玻尔理论 1)定态假说：原子能够，而且只能够稳定地存在于与离散的能量(E1,E2,…)相应的一系列的状态中，这些状态为原子系统的稳定状态，简称为定态。处于定态的原子中的电子只能在一定的轨道上绕核作圆周运动，且不辐射能量。 其中n=1,2,3,...称为主量子数 2)量子化条件：电子以速度v在半径为r的圆周上绕核运动时，只有角动量L等于h/(2p )的整数倍的那些轨道才是稳定的. 1、玻尔的基本假设 3)跃迁假设(频率条件)：原子能量的任何变化，都只能在两个定态之间以跃迁的方式进行。原子在两个定态(分别属于能级En和Em，设EnEm)之间跃迁时，要发射或吸收的电磁辐射的频率hn 的光子： 卢瑟福的原子核模型 氢原子光谱的巴尔末公式 普朗克能量子概念 2、玻尔的氢原子图象 电子轨道半径 电子在半径为rn的轨道上以速率vn运动，根据牛顿第二定律和量子化条件有 第一玻尔轨道半径──玻尔半径a0 n=1 r =r1 n=2 r =4r1 n=3 r =9r1 n=4 r =16r1 rn ? 电子的轨道半径取非连续的值，是量子化的 电子的轨道 原子能级 氢原子能级图 1 2 3 4 6 ? 5 原子的能量取非连续的值，是量子化的 -3.39 -13.58 -1.51 -0.85 0 能量eV 连续 自由态 激发态 基态 电子跃迁的辐射规律 与里德伯常量R非常接近. 在玻尔的量子论发表的第二年，弗兰克和赫兹在电子和汞原子碰撞的实验中，利用它们之间的非弹性碰撞，使汞原子从低能级激发到高能级，从而在实验上直接证实了原子具有离散能级的概念。 与广义巴耳末公式一致 赖曼系 巴尔末系 帕邢系 布喇开系 氢原子的电离能 当n→?时原子被电离——电子处于自由态，电子不受原子核束缚。 电离能——把处于某一状态的电子激发到 n→?的状态所需要的能量。 氢原子的电离能——把电子从氢原子第n玻尔轨道移到无穷远所需能量： 基态电子的电离能为 氢原子的光谱图 束缚态 电离态 Einstein光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。就连量子物理创始人Planck也认为太过分了。 Planck在1907年给Einstein的信中写到： “我为基本量子(光量子)所寻找的不是它在真空中的意义，而是它在吸收和发射地方的意义，并且我认为真空中过程已由Maxwell方程作了精辟的描述”。直到1913年他还对光子持否定态度。 Planck 光子的能量 光电效应的验证 美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1916年证实了爱因斯坦方程，并推算出普朗克常量h =6.56?10-34焦·秒，与普朗克黑体辐射所得结果相差不到千分之二，又一次证明了“光量子”理论的正确。密立根也于1923年荣获诺贝尔物理学奖。 五、光子的能量 动量 质量和光的波粒二象性 由相对论光子的质能关系 光子的质量 由相对论质速关系 ，光子的静质量m0=0，能量就是它的动能。 光子的动量 由实验测出光压，说明光子具有动量。 4. 光的波粒二象性 光子的能量 光子的动量 上两式左边是描写粒子性的 ?、p，右边是描写波动性的 ?、?。 h 将光的粒子性与波动性联系起来。 光在传播过程中主要表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。 光在与物质发生作用时主要表现出粒子性，如光电效应，Compton效应。 粒子不是经典粒子, 波也不是经典波。 【例】铯的逸出功为1.90eV，若以频率为5.0×1014Hz的光照射其表面，则从表面打出的光电子的最大初动能为( )。 A、0.17eV B、1.90eV C、2.07eV D、3.97eV 解：光子的能量 h? =6.63×10-34×5