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量子物理 教学基本要求 1、了解热幅射的概念和黑体幅射的实验规律及普朗克量子假设。 2、理解康普顿效应的实验规律，能用康普顿偏移公式分析和计算有关问题。理解爱因斯坦光子假设及其康普顿效应的解释。 3、理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论，了解玻尔理论的意义和局限性。 4、了解光和实物粒子的波粒二象性。 5、了解德布罗意的物质波假设和德布罗意公式，并能分析和计算有关问题。 6、了解电子衍射实验。 7、了解描述微观粒子运动状态的波函数及其统计解释。 8、了解一维定态的薛定谔方程；能对一维无限深势阱求概率密度极值等问题。 9、了解不确定关系，并能用它分析和估算微观世界的某些物理量。 10、了解电子自旋的概念及斯特恩—盖拉赫实验。 11、了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构。 12、理解描述原子中电子运动状态的四个量子数的意义。 教学内容提要 一、早期量子论 1、黑体辐射 斯特潘－玻耳兹曼定律： 维恩位移定律： 普朗克能量子假设： 能量子 2、光电效应 光电效应方程： 其中：（为截止电压（为红限频率） 光子能量： 光子动量： 康普顿效应 波长改变量值： 其中：康普顿波长 光子与电子完全弹性碰撞 （1）能量守恒： （2）动量守恒： 4、玻尔的氢原子理论 氢原子光谱： 式中：，称为里德伯常数。 其中：为赖曼系； 为巴尔末系； 为帕邢系； 布喇开系 普芳德系 玻尔的氢原子理论： 玻尔频率假设： 氢原子的定态能量： 其中： 二、量子力学基础 1、德布罗意波德布罗意波实物粒子相联系的波称为德布罗意波或叫物质波德布罗意德布罗意公式 2、不确定关系坐标和动量的不确定关系式 （） 该式表明：具有波粒二象性的微观粒子的位置坐标和同一方向的动量不可能同时具有确定值 波函数的统计解释：波函数模的平方表示粒子在t时刻处出现的概率密度。 波函数的标准条件：单值、连续、有限。 波函数的归一化条件： 4、薛定谔薛定谔方程 一维定态波函数： 一维定态薛定谔 三维定态薛定谔 其中： 5、一维无限深势阱薛定谔方程 定态能量为： 6、氢原子 通过求解三维定态薛定谔方程 氢原子 其中：主量子数决定能量E 角量子数，决定角动量L 磁量子数，决定角动量的空间量子化。 角动量： 角动量在任一方向的分量： 玻尔频率假设： 氢原子光谱： 原子内电子的运动不能用轨道描述，只能用波函数给出的概率密度描述。 7、原子的壳层结构 描述原子核外电子运动状态四个量子数…，它基本上确定了电子的能级。 （2）角量子数，它决定原子角动量的大小，对能量也有一定影响。 （3）磁量子数，决定轨道角动量L在外磁场中的取向。 （4）自旋磁量子数，它决定自旋在外磁场中的取向。 原子的电子壳层结构：具有相同值的电子属于同一壳层，具有相同 , 值的电子属于同一支壳层，第个壳层上最多可容纳的电子数为。 重点和难点分析 1、 绝对黑体 绝对黑体是对照射其上的任意辐射全部吸收而不发生反射和透射的物体。 2、普朗克量子假设的内容 普朗克量子假设的内容是物体发射和吸收电磁辐射能量总是以为单位进行。 3、 光电效应的实验规律，用光的波动理论解释光电效应遇到的困难。 光电效应的实验规律为：1）阴极K在单位时间内所发射的光子数与照射光的强度成正比；2）存在截止频；3）光电子的初动能与照射光的强度无关，而与频率成线性关系；4）光电效应是瞬时的。 用光的波动理论解释光电效应遇到的困难在于：1）按照波动理论，光波的能量由光强决定，因而逸出光电子的初动能应由光强决定，但光电效应中光电子的初动能却与光强无关；2）若光波供给金属中“自由电子”逸出表面所需的足够能量，光电效应对各种频率的光都能发生，不应存在红限；3）光电子从光波中吸收能量应有一个积累过程，光强越弱，发射光子所需时间就越长。这都与光电效应的实验事实相矛盾。 4、光电效应和康普顿效应都包含了电子和光子的相互作用，这两个过程有哪些不同点。 光电效应是指金属中的电子吸收了光子的全部能量而逸出金属表面，是电子处于原子中束缚态时所发生的现象．遵守能量守恒定律．而康普顿效应则是光子与自由电子(或准自由电子)的弹性碰撞，同时遵守能量与动量守恒定律． 5、光的波粒二象性。 光即具有波动性，又具有粒子性，光是粒子和波的统一，波动和粒子是光的不同侧面的反映。 6、氢原子光谱的实验规律。 氢原子光谱的实验规律在于氢原子光谱都由分立的谱线组成，并且谱线分布符合组合规律 取，分别对应于赖曼系，巴尔末系，帕邢系， 7、 原子的核型结构模型与经典理论间存在的矛盾。 原子的核型结构与经典理论存在如下矛盾：1）按经典电磁辐射理论，原子光谱应是连续的带状光谱；2）不存在稳定的原子。这些结论都与实验事实矛盾。