第20章量子物理基础.ppt

单个粒子在哪一处出现是偶然事件 大量粒子的分布有确定的统计规律。 大量电子一次飞出：形成有规律的分布 单个电子多次飞出：单电子通过双缝，分布杂乱无章，出现的位置不确定；但强度大处，出现的电子多 牛顿说：只要给出了初始条件，下一时刻粒子的轨迹是已知的，决定性的。 量子力学说：波函数不给出粒子在什么时刻一定到达某点，只给出到达各点的统计分布；即只知道|?|2大的地方粒子出现的可能性大，|?|2小的地方几率小。一个粒子下一时刻出现在什么地方，走什么路径是不知道的（非决定性的）。 在|?|2大的地方微观粒子出现多，|?|2小的地方粒子出现少；粒子受波数所引导，波函数按波的形式去分配粒子的出现的几率。 双缝衍射出现的粒子几率分布正好与此结果相同。且只有波函数是复数时，几率密度才与实际相同。复数已本质地进入量子力学。 粒子在空间出现的几率只可能是一个值 在波函数存在的全部空间中必能找到粒子，必然事件，即某一时刻在整个空间内发现粒子的概率1。 经典力学：质点的位置和动量原则是可以同时测量的 量子物理：位置和动量（波长）不能同时准确测量。 电子在单缝的何处通过是不确定的!只知是在宽为a的的缝中通过. 电子衍射是电子自身的波粒二象性的结果，不能归于外部的原因，不是外界作用的结果。 如有人认为衍射是电子与单缝的作用，即电子与单缝材料中的原子碰撞的结果，碰撞后电子的动量大小与方向均发生改变，但实验告诉我们衍射的花样与单缝材料无关，只决定于电子的波长与缝宽a，可见不能归结于外部作用。 显然，电子通过单缝不与单缝材料作用，因此通过单缝后，其动量大小P不变。 但不同的电子要到达屏上不同的点，故各电子的动量方向有不同。处在单缝处电子动量在X轴上的分量有不确定值。 这只是一个粗略的估算。量子力学给出了更准确的表达。 坐标和动量不能同时确定仅仅是对于它们相对应的分量而言。 如果⊿x愈小，则⊿Px愈大。即粒子的位置确定的愈准确，动量的不确性就愈大。位置和动量不能同时确定。 比如我们试图通过单缝来确定粒子的位置，但单缝隙越窄（?x越小）衍射也越厉害，动量的不确定量也大。 如果要减小动量的不确定量，则单缝的宽度就要增大，位置 的不确定量也就变大。 不确定关系是微观粒子波粒二象性的客观体现，更确切地反映了微观粒子的本质，不是测量技术和主观能力的问题。 由于微观粒子的波粒二象性，用经典力学的物理量来描述微观粒子，就会带来不确定性。这与仪器的精度无关。 在普朗克恒量h不起显著作用的场合，即当认为h→0时，就可以忽略量子效应，用经典物理来处理。 当位置和动量的不确定度小到可忽略(?x x， ?pp)时，能用经典物理描述 * （1）??与散射物质无关，仅与? 有关。在同一散射角下，对所有散射物质，波长偏移??都相同。 （2）??与?0无关 （3）原子质量小的物质，原子对电子的束缚也较弱，相对而言，自由电子多，康普顿散射强 为什么康普顿散射中还有原波长?0 呢？ 这是因为光子还可与石墨中被原子核束缚得很紧的电子发生碰撞。 内层电子束缚能103~104eV，不能视为自由，而应视为与原子是一个整体。所以这相当于光子和整个原子碰撞。在弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量，即散射光子波长不变，散射线中还有与原波长相同的射线。 * * * * 入射光能量较低时，康普顿效应不显著，主要观察到光电效应 * * 量子物理起源于对原子物理的研究，人们从原子光谱中获得原子内部信息 1885 年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律 1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式 光谱学中常用频率及波数表示 当m一定时，由不同的n构成一个谱系；不同的m构成不同的谱系。 从1885年至1924年科学家们先后在可见光、紫外和红外区发现了氢原子的光谱线系列，并得到普遍的实验规律 研究其它元素（如碱金属元素）的原子光谱亦发现具有同样特点。 1911年卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子有核模型。原子的中心有一带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而核的半径只占整个原子半径的万分之一至十万分之一；带负电的电子散布在核的外围，围绕这个核旋转， 。卢瑟福的原子有核模型成功地解释了a 粒子散射实验。 然而，将经典电磁理论用于卢瑟福的原子模型却无法解释原子光谱的实验规律。 根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波 绕核加速运动的电子不断地向外辐射能量，能量逐渐减小，轨道半径越来越小，因电磁波频率?? r -3/2，半径的连续变化，必导致产生连续光谱。原子光谱是连续光谱 由于原子总能量减小，电子将逐渐的接近原子核，最后落到原子核上，这个过程只要10-12秒，因此原子是不稳定系统。 1913年英国剑桥大学的学生N·Bohr提出了三个假设，成功地