[工学]大学物理 量子物理电子教案.ppt

在样品的表面有一表面势垒阻止内部的电子向外运动。由于电子的隧道效应，这时，在样品与针尖之间加一微小电压，电子就会穿过电极间的势垒形成隧道电流。 原理分析： 隧道电流对针尖与样品间的距离十分敏感。距离改变一个原子的直径，隧道电流会变化1000倍。若控制隧道电流不变，则探针在垂直于样品方向上的高度变化就能反映样品表面的起伏。 经过计算机处理后，荧光屏上的三维图象可比实际尺寸大一亿倍。 为了显示表面的微观结构，要求探针在样品上方移动时，针尖与表面距离小于1nm. 利用隧道显微镜可以分辨表面上原子的台阶、平台和原子阵列。可以直接绘出表面的三维图象。 扫描隧道显微镜的发明，使人类第一次能够实时地观测到单个原子在物质表面上的排列状态以及与表面电子行为有关的性质。在表面科学、材料科学和生命科学等领域中有着重大的意义。 1990年，IBM公司的研究小组借助扫描隧道显微镜（STM）首次实现了人类操作原子的梦想，他们用一个一个的氙原子，在镍表面排出了“IBM”字样，是人类的一大创举。 48个Fe原子形成“量子围栏”，围栏中的电子形成驻波。 1926年, 玻恩的波函数的概率解释。 1927年海森伯提出了测不准原理。 1926年，薛定谔在从波函数入手建立了微观粒子的波动微分方程，即薛定谔方程。 第一届索尔维会议（女巫盛宴）于1911年在布鲁塞尔召开，后来虽然一度被第一次世界大战所打断，但从1921年开始又重新恢复，定期3年举行一届。到了1927年，这已经是第五届索尔维会议了，也是最著名的一次索尔维会议。 1924年，德布罗意提出物质波理论。 后记 第一排左起: 2. M Planck (普朗克,量子论先驱), 3.Madame Curie, 5 A Einstein (爱因斯坦.第二排左起: P Debye, M Knudsen, W L Bragg, H A Kramers, P A M Dirac (狄拉克,量子力学创立人之一), A H Compton, L V de Broglie (德布罗意,提出物质的波动性), M Born (玻恩,量子力学创立人之一), N Bohr (玻尔,量子论先驱,发展量子力学的领袖). 第三排左起: A Piccard, E Henriot, P Ehrenfest, E D Herzen, T H de Donder, E Schroedinger (薛定谔,量子力学创立人之一), E Verschaffelt, W Pauli (泡利,量子力学创立人之一), W Heisenberg (海森堡,量子力学创立人之一), R H Fowler, L Brillouin。 1927年索尔维会议 第五届索尔维会议的主角是玻尔和爱因斯坦。 哥本哈根学派是20世纪20年代初期形成的，为首的是丹麦著名物理学家玻尔。玻恩、海森伯、泡利以及狄拉克等是这个学派的主要成员．哥本哈根学派对量子力学的创立和发展作出了杰出贡献，并且它对量子力学的解释被称为量子力学的“正统解释”。 海森伯和玻恩当众宣布，“我们认为量子力学是一个完备的理论，它的基本物理和数学假设不再容许修正。”这一看法为与会的大多数物理学家所赞同。 海森伯认为，一定是电子的位置存在着某种不确定关系，海森伯通过对电子单缝衍射等若干“理想”实验的分析研究后，提出了微观粒子的不确定关系。 单缝衍射实验 如右图所示： a 是单缝宽度； ? 是衍射角。 P 为衍射电子动量； x y a p 根据光的衍射规律，单缝衍射强度最小的条件是： 对单个粒子来说，穿过狭缝后可以在衍射角范围内到达屏上的任何位置。 由于电子的波动性，我们只知电子穿过了狭缝，但无法准确测定它通过狭缝的那一点和到达屏上的那一位置。 两个“不确定” 如果用坐标 x 和动量Px 来描述单个电子在x方向的运动状态，那么狭缝的宽度a 就是电子坐标的不确定量，即 （无法准确测定它通过狭缝的那一点） （无法准确测定它到达屏上的那一位置） 可以决定电子的动量Px的不确定量 P Px ? x y a p 电子的动量Px在零与Psin?之间，而无法 确定其量值，即电子动量Px的不确定量： 以 代入上述单缝衍射公式得： （无法准确测定它通过狭缝的那一点） （无法准确测定它到达屏上的那一位置） 称为不确定关系式，它对所有微观粒子都适用。 量子力学公式： 该式说明，对微观粒子的坐标和动量不可能同时进行准确的测量。如果坐标测量得越准确，则动量测定的偏差就越大，反之亦然。 2、能量和时间的不确定关系 原子光谱线都有一定的频率宽度，说明原子能量有一个不确定量 ?E