[理学]第13章 量子论简介.ppt

玻尔理论只能说明氢原子及类氢离子的光谱规律，不能解释多电子原子的光谱；对谱线的强度、宽度也无能为力；也不能说明原子是如何组成分子、构成液体和固体的。 电子双缝衍射（动画） 薛定谔方程在量子力学中占有极其重要的地位，它与经典力学中的牛顿运动定律的价值相似。在经典极限下，薛定谔方程可以过渡到哈密顿方程。薛定谔方程是量子力学中描述微观粒子(如电子等)运动状态的基本定律，在粒子运动速率远小于光速的条件下适用。 薛定谔对分子生物学的发展也做过工作。由于他的影响，不少物理学家参与了生物学的研究工作，使物理学和生物学相结合，形成了现代分子生物学的最显著的特点之一。　　 薛定谔对原子理论的发展贡献卓著，因而于1933年同英国物理学家狄拉克共获诺贝尔物理奖金。 为波函数的振幅。 4.物质波为概率波 物质波表示粒子出现的概率。 1926 年玻恩指出波函数的物理意义： 玻恩（坐者） 实物粒子的波函数在给定时刻，在空间某点的模（振幅）的平方 |?|2 与该点邻近体积元 dV 的乘积，正比于该时刻在该体积元内发现该粒子的概率 P 是 的共轭复数。 5.注意 ①.粒子分布多的地方概率大，德波强度大。 ②. 为粒子在某点附近单位体积元中 出现的概率。 ③.归一化条件 即粒子某时刻在整个空间出现的概率为1。 　　薛定谔（Erwin Schr?dinger, 1887--1961）奥地利物著名的理论物理学家，量子力学的重要奠基人之一，同时在固体的比热、统计热力学、原子光谱及镭的放射性等方面的研究都有很大成就。　　　　 薛定谔的波动力学，是在德布罗意提出的物质波的基础上建立起来的。他把物质波表示成数学形式，建立了称为薛定谔方程的量子力学波动方程。 13.6.2 薛定谔方程 灯丝 栅极 板极 1.电子动能EkE2-E1 电子不能使 Hg原子激发到第一激发态，电子与 Hg 原子碰撞无能量损失，速率不变。 2. Hg 原子从 EkE2-E1 E1 E2 电子Ek v IP 第一个波峰 3. Hg 原子第二次从 电子Ek E1 E2 v IP 第二个波峰 灯丝 栅极 板极 电子第一次使 Hg 激发后，在U0 的加速下又 EkE2-E1 4.Hg 原子第一激发态与基态能量之差 5.实验中可观察到光环，受激 Hg 原子从高能态跳回低能态放出光子。 从而验证了原子能级的存在。 灯丝 栅极 板极 　　法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。 　　德布罗意之前，人们对自然界的认识，只局限于两种基本的物质类型：实物和场。前者由原子、电子等粒子构成，光则属于后者。但是，许多实验结果出现了难以解释的矛盾。物理学家们相信，这些表面上的矛盾，势必有其深刻的根源。1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。如果成立的话，实物粒子也同样具有波动性。为了证实这一设想，1923年，德布罗意又提出了作电子衍射实验的设想。1924年，又提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。1927年，戴维孙和革末用实验证实了电子具有波动性，不久，G.P.汤姆孙与戴维孙完成了电子在晶体上的衍射实验。此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。德布罗意的设想最终都得到了完全的证实。这些实物所具有的波动称为德布罗意波，即物质波。 一切实物粒子都有具有波粒二象性。 德布罗意将光的波粒二象性应用到实物粒子，提出物质波的概念。这种波不是电磁波、机械波，是对微观粒子运动的统计描述。1929年获诺贝尔物理学奖。 1. 物质波假设 13.4.1 德布罗意波 2. 德波波长公式 动量为 P 的粒子波长 频率与能量关系 3. 德波频率公式 两式中左边反映波动性，右边反映粒子性。 考虑相对论效应 例1：电子静止质量 m0=9.1?10-31Kg，以v=6.0?106m/s 速度运动。质量 m= 50Kg的人，以 v=15 m/s 的速度运动，试比较电子与人的德波波长。 解： 电子： 人： 电子的德波波长与 X 射线接近，而人的德波波长仪器观测不到，宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。 电子轨道周长为波长的整数倍，轨道稳定。 例2 从德布罗意波导出氢原子玻尔理论中角动量量子化条件。 电子波动反映到原子中，为驻波。 当受到扰动时，波很稳定，象金、银等金属化学性质很稳定。 例3：求静止电子经 15000V 电压加速后的德波波长。 解：静止电子经电压U加速后的动能 由 代入 由 电子的德波波长很短，用电子显微镜衍射效应小，可放大200万倍。 X 射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。 1. 电子衍射实验1