5-3量子物理.ppt

回顾： 普朗克的能量量子化假设 光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象。 二、光的波动理论的缺陷 一、康普顿实验 一、氢原子光谱的规律性 1889年瑞典的里德伯提出普遍方程 (3) 量子化条件: 电子在稳定圆轨道上运动时，其轨道角动量 L= mvr 必须等于h/2?的整数倍，即 一、德布罗意波 1927年美国的戴维孙和革末实验证实了实物粒子波动性。 同年(1927年)，小汤姆逊让电子束穿过多晶薄片后，得到了与 x射线实验极其相似的衍射图样。 经典力学中运动物体具有完全确定的位置、动量、能量、角动量等. 量子力学还推出能量与时间之间有如下的不确定性关系： 说明： ? 由于粒子不可能同时具有确定的位置和动量，所以粒子没有确定的轨道。或者说粒子有许多可能的轨道,每个轨道以一定的概率出现。 §5-3-4 微观粒子的波动性 1924年法国年轻的博士德布罗意提出设想：实物粒子与光一样也具有波粒二象性。（实物粒子具有波动性！） 类比： 与实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波) ----德布罗意公式 或 1929年德布罗意获诺贝尔物理学奖 二、实物粒子波动性实验 观察到在晶体表面电子的衍射现象与 x 射线的衍射现象相类似。 电子枪 探测器 镍单晶 加速电极 ---- 电子具有波动性 1. 戴维孙-革末实验 戴维孙和小汤姆逊同获1937年诺贝尔物理学奖。 x-射线 电子 2. 证明实物粒子波动性的其他实验 大量实验证实除电子外，中子、质子以及原子、分子等都具有波动性，且符合德布罗意公式。 ---- 一切微观粒子都具有波动性 单缝 双缝 三缝 四缝 1961年约恩逊的电子衍射实验 §5-3-5 不确定关系 微观粒子由于有明显的波动性，粒子在空间各个位置上以一定的概率出现，粒子的位置具有不确定性。 同样，粒子的动量、能量和角动量等也具有不确定性。 一、不确定量概念 1927年德国物理学家海森伯由量子力学得到位置与动量不确定关系 二、位置和动量的不确定量的关系 1932年海森伯获诺贝尔物理学奖。 ----约化普朗克常数 ? 不确定性关系仅是波粒二象性及其统计关系的必然结果，而不是测量仪器对粒子的干扰，也不是仪器的测量误差所致。 §5-3-6 波函数 薛定谔方程 一、波函数及其统计解释 1. 波函数 从机械平面波与物质波类比，导出波函数。 奥地利物理学家薛定谔提出用德布罗意波的波函数来描述微观粒子的运动状态. * 1900 年普朗克提出假设: 辐射黑体的分子和原子的振动可看成谐振动，这些带电谐振子的能量以及它们吸收或辐射的能量都是不连续的，只能是一些离散的值（量子化）; 频率为? 的振子能量只能取 ε = h? 的整数倍。 ε 称为能量子 ----普朗克常数 ----普朗克公式 由能量量子化的假设，普朗克从理论上导出公式 §5-3-1 光电效应 爱因斯坦的光子理论 一、光电效应的实验规律 这表明单位时间内，阴极逸出的光电子数与入射光强成正比。 1. 饱和电流与入射光强成正比 I ? U 特性曲线 饱和电流 截止电压 2. 存在遏 (截)止电压 Ua 光电子逸出时最大初动能满足 反向电压加至Ua 时光电流为零。Ua与入射光强度无关. 3. 存在遏止频率 ν0（红限） 实验得到遏止电压与入射光频率成线性关系： : 与金属种类有关的恒量 : 与金属无关的普适恒量 最大初动能与入射光频率成线性关系，而与入射光强无关。 存在遏止频率(红限) 入射光频率小于红限时，不论光的强度多大，都不能发生光电效应。 4. 存在弛豫时间 光电子几乎是即时发射的，从光入射到电子逸出，弛豫时间不超过10 -9 s 。 波动说 金属中电子吸收光能逸出, 其初动能决定于光振动振幅, 即由光强决定。 实验结果 初动能与入射光频率相关，而与入射光强无关。 光的强度足够时，光电效应对各种频率的光都会发生。 存在遏止频率(红限)。 电子吸收光波能量只有到一定量值时，才会从金属中逸出。 光电子几乎是即时发射的。 三、爱因斯坦的光子理论 1905年爱因斯坦受普朗克的能量子学说启发，提出光子假设： 一束光就是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子。频率为? 的光的每一光子具有能量 h? 。 光有波粒二象性！ 1. 光子假设 I ? U 特性曲线