大学物理--量子物理 第十二章 波尔的原子量子理论.ppt

波动性：?、? 1924年，德布罗意在光的波粒二象性的启示下，基于自然界的具有对称性考虑，提出了德布罗意假设: 实物粒子（电子、质子、中子、分子、介子、……）也具有波粒二象性，其波长、频率分别由动量和能量确定。 一、物质波的提出 质量 m 它们之间的关系是： 微粒性：? 、p、m h 1. 德布罗意物质波假设 速度 V 自由粒子具有： 能量E 动量p 波长? 频率? 德布罗意关系 19 德布罗意关系 一般地： 波长与静止 质量成反比 静止质量为m0的实物粒子，以速度V运动时，与该粒子缔合在一起的平面单色波的波长为?的这种波(与实物粒子相联系的波)称为德布罗意波或物质波。 例：电子经电场加速，加速电压U=100V、U=10000V， 电子的德布罗意波长? =？ 可见，电子的德布罗意波长很短 0.123nm 0.0123nm 20 0.123nm 0.0123nm 电子的波长 与X射线的波长相当 问题：一个宏观粒子是否也具有波动性？ 例：m=0.01kg，V=300m/s的一颗子弹其波长 ？ 宏观物体仅体现出粒子性！ 微观粒子的波动性是否真的存在？ h极其微小，所以宏观物体( m 较大 )的波长小 ——实验难以测量！ m 21 2. 物质波的实验验证 G A Ni晶体 实验原理： 戴维逊—革末电子衍射实验 电子束垂直投射到镍单晶表面，用探测器在不同方向上测量散射电子束的强度。 散射电子束强度与散射角关系曲线 I 实验结果： 当加速电压U=54V，在 ? =50°处，射线强度有一极大 22 取 k =1 实验结果： 当加速电压U=54V，在 ? =50° 处，射线强度有一极大。 电子的波长： =0.167nm Ni的晶格常数： d = 0.215nm =0.165nm 理论值比 实验值稍大 分别由德布罗意公式和布喇格X射线衍射公式计算电子束的波长，两者十分吻合。 电子不仅在反射时有衍射现象，汤姆逊实验证明了电子在穿过金属片后也象X 射线一样产生衍射现象。 23 电子束 X射线衍射图样 电子束衍射图样 电子束垂直通过金属箔，在透射方向用照相底片接收电子，从而获得电子衍射图样。 （汤姆逊1927） 戴维逊和汤姆逊因验证 电子的波动性分享1937年的 物理学诺贝尔奖金 汤姆逊电子衍射实验 24 用高电压加速电子，使电子的德布罗意波长达到10－11——10－12 m 。 由最小分辨角公式可知，电子显微镜的分辨能力远远大于光学显微镜。目前最先进的电子显微镜的放大倍数已达二百万倍。 微观粒子波动性的应用—电子显微镜 我国已制成80万倍的电子显微镜， 能分辨大个分子，有着广泛的应用前景。 25 作 业 22—T1~T6 (p.39~40) 预习23章1~3节 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 量子物理 22章 波尔的原子 量子理论 玻尔的原子量子理论 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出: 2. 光电效应 康普顿效应。 1. 黑体辐射问题，即“紫外灾难”。 3. 原子的稳定性和大小(结构） 普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 能量子 ? = h? h=6.6260755?10-34 J·s 普朗克常数 爱因斯坦光量子学说光子方程 康普顿散射实验波粒二象性 a 当原子受到辐射或与高能量的粒子碰撞等外界因素激发时，所发射的光谱是线状光谱——包含一系列的分立（不连续）谱线。 第22章 玻尔的原子量子理论 一、氢原子光谱的实验规律 实验表明： 原子具有线光谱； 各谱线间具有一定的关系 每一谱线的波数都可表达为两个光谱项之差。 1 光谱排列规 律的表达式？ 1. 氢原子光谱 里德伯常数(Rydberg constant)的实验值： 2. 巴尔末系(Balmer series) 及公式（1885） ——经验公式 2 氢原子的可见光谱 氢原子可见光光谱的经验公式 赖曼系(Lyman)： 帕邢系(Paschen)： 布喇开系： 普芳德系： 3. 广义的巴尔末公式：（氢原子光谱的其它线系） 紫外区 红外区 其中： 和 称为光谱项 3 氢原子光谱中的任何一条谱线都可以用两个光谱项的差来表示。其他原子光谱中也有类似的规律，只是光谱项的具体形式不同。 注： 原子的中心是带正电的原子核； 核半径约10-14m左右，集中了大部分质量； 电子在闭合轨道上绕核旋转。 动画 二、玻