第十五讲 量子物理new.ppt

五、一维方势垒 隧道效应 粒子的能量 隧道效应 从左方射入的粒子，在各区域内的波函数 粒子的能量虽不足以超越势垒 , 但在势垒中似乎有一个隧道, 能使少量粒子穿过而进入 的区域 , 所以人们形象地称之为隧道效应 . 隧道效应的本质 : 来源于微观粒子的波粒二相性 . 当 ，透射系数有一定的数值； 当 ，透射系数下降到十亿分之一； 对于宏观尺度，势垒穿透的概率小到实际不可能发生。 量子围栏照片 1981年宾尼希和罗雷尔利用电子的隧道效应制成了扫描遂穿显微镜( STM ), 可观测固体表面原子排列的状况 . 1986年宾尼希又研制了原子力显微镜. * * 人们很早就知道从燃烧火焰的颜色变化来观察温度的变化，炉火温度在500℃以下呈暗黑色，升到700℃时，火焰变为紫红色，也就是俗称的炉火通红，再上升到800-900℃后，火焰由红变黄，1200℃时，火焰发亮，逐渐变白，继续升到接近3000℃后，呈白热化，相当于灯泡钨丝发亮的温度，如果超过3000℃，火焰由白转蓝，这就是炉火纯青了，是燃烧温度的最高阶段。 * 热辐射计：利用物质的电阻或介电常数等对热敏感的性质，制成的测量辐射剂量的仪器。 * * * 棱镜将辐射按波长分开，通过热电偶测定辐射随波长的分布。 * 1887年 赫兹发现光电效应 * 爱因斯坦提出：不仅在发射和吸收中，光的能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个集中存在的、不可分割的能量子组成的。 * * 进入20世纪，物理学的研究深入到微观领域，提出物质的组成和原子结构等问题。 * 课本P326纠错。由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的。这些能量值就是能级。 * 事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。 * 粒子（电子）有基态和激发态之分 一般情况下粒子处于能量低的基态，当粒子吸收外界一定的能量E，粒子就会从基态跃迁到激发态，这部分能量E就称作激发能 * * 1961年，隽孙电子多缝衍射实验 * 光学仪器分辨率 D/1.22lamda * * * * 0 5 10 15 板极电流和加速电压之间的关系 二、实验结果 电子不能使原子激发，电子动能没有损失，电子与汞原子之间为弹性碰撞，极板电流随加速电压增加而增加。 汞原子吸收 的能量，从基态跃迁到激发态，电子动能急剧减少，极板电流急剧降低。 激发态的汞原子跃迁回基态，发光 练习： 2、设氢原子处在某一定态，从该定态移去电子需要0.85eV的能量。从上述定态向激发能为10.2eV的另一个定态跃迁时，所产生的谱线波长是多少？ 1、设氢原子在n=4 的激发态上，问氢原子能发出几条光谱线？其中能够观察到的光谱线有几条？ 思想方法 自然界在许多方面都是明显地对称的，他采用类比的方法提出物质波的假设 . “整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法； 在实物理论上，是否发生了相反的错误呢 ？ 是不是我们关于‘粒子’的图象想得太多 ，而过分地忽略了波的图象呢？” 法国物理学家德布罗意（Louis Victor de Broglie 1892 – 1987 ) §15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性 一、德布罗意假设（1924 年 ） 德布罗意假设：实物粒子具有波粒二象性 . 德布罗意公式 2）宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测量的程度，因此宏观物体仅表现出粒子性 . 注意： 1）若 则 若 则 例 在一束电子中，电子的动能为 ，求此电子的德布罗意波长 ？ 解 此波长的数量级与 X 射线波长的数量级相当. 例2 从德布罗意波导出氢原子波尔理论中角动量量子化条件. 解 两端固定的弦，若其长度等于波长的整数倍则可形成稳定的驻波. 将弦弯曲成圆时 电子绕核运动其德布罗意波长为 角动量量子化条件 电子绕核作稳定的圆周轨道运动相当于电子波在此圆周上形成了稳定的驻波。 二、德布罗意波的实验证明 1. 戴维孙 — 革末电子衍射实验（1927年） 35 54 75 当散射角 时 电流与加速电