大学物理课件8光的量子性.pptVIP

“ 三、黑体辐射理论 瑞利 — 金斯公式 三、爱因斯坦的光子理论 3.对实验规律的解释 定量分析： 二、玻尔的原子理论 3.对氢原子的计算 定态能量： 例3. 例4. 例5. 例6. 例7. 例8. 例9. 例10. 例12. 例13. 例14. 四、实物粒子的波粒二象性 汤姆逊多晶衍射实验： ? 德布罗意获1929年诺贝尔物理奖 ? 戴维逊、汤姆逊共获1937年诺贝尔物理奖 (1) 粒子性 ♂“原子性”或“整体性” ♂不是经典的粒子,抛弃了“轨道”概念 (2) 波动性 ♂具有弥散性、可叠加性、干涉、衍射、偏振 ♂具有频率和波矢 ♂不是经典的波 不代表实在的物理量的波动 底片上出现一个一个的点子 ?具有粒子性。 “一个电子”所具有的波 动性， ? 来源于 而不是电子间相 互作用的结果。 随着电子增多，逐渐形成衍射图样 单电子双缝衍射实验： 3000 20000 70000 7个电子 100个电子 微观粒子在某些条件下表现出粒子性，在另一 些条件下表现出波动性，而两种性质虽寓于同 一体中，却不能同时表现出来。 少女？ 老妇？ 两种图象不会同时出现在你的视觉中。 著名卡通画家Ｗ．Ｅ．Ｈｉｌｌ 老妇显著的鼻子是少女脸庞的侧像，而少女衣领的连扣则是老妇微笑的嘴角。 问题提出： 经典粒子运动轨道的概念在多大程度上适用于微观世界？ 一、坐标和动量的不确定关系 一束动量为 p 的电子通过宽度为 d 狭缝，则 把其余明纹考虑在内，有 若考虑中央明纹范围 —— 不确定关系 18.6 不确定关系（uncertainty relation) 电子束 ? P ΔPx d x 认为电子集中在该区域 推广到三个坐标，有 严格的理论给出不确定性关系(海森堡）: 二、能量和时间的不确定关系 由相对论能量和动量关系 不确定关系使微观粒子运动“轨道”的概念失去意义。 10 上式可以说明原子能级宽度与能级寿命之间的关系 20 不确定关系是微观粒子具有波动性的反映， 是波粒二象性的必然结果, 与仪器精度和测量方 法的缺陷无关。 30 微观粒子的力学量（如坐标，动量，势能， 动能和角动量等等）不可能同时全部都具有确 定值。 Werner Karl Heisenberg 德国人 1901-1976 创立量子力学 获得1932年诺贝 尔物理学奖 海森伯 功率为 P=1W小灯泡均匀辐射, 平均波长为 求：在距离10km处， 垂直面积 上每秒 所通过的光子数. 解： 将已知量代入，计算出 金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得截止电压为 |Ua| =5.0 V。试求： [1] 阴极金属的光电效应红限波长； [2]入射光波长。 A K 光电管阴极用逸出功为Wm=2.2eV 解：[1] [2]利用 用波长 光子做康普顿实验。求： [1]散射角 的康普顿散射波长； [2]分配给反冲电子的动能。 解： [1]康普顿散射光子波长改变 [2] 证明在康普顿散射实验中，波长为 光子 与质量为 静止电子碰撞后，电子的反冲角 与光子散射角 之间的关系式为： 证明： 利用 得 由 根据玻尔理论, 求解 [1]电子在量子数为n的轨道上做圆周运动频率 [2]该电子跃迁到(n-1)的轨道时发出的光子频率 [3]证明当 n很大时， [1]和[2]的结果近似相等 解：[1] [2] [3] 氢光谱的某一线系的极限波长为 其中有一谱线波长为 求该波长相应始态与终态能级能量。 解： 极限波数 。由玻尔氢原子理论 终态 始态 发射光谱中，仅观察到三条巴耳末系光谱线，试求：这三条光谱线中波长最长的那条谱线波长及外来光的频率。 第一激发态氢原子被外来单色光激发后， 解： 由 n=3→2对应波长最长： 外来光频率是n=5→2: 氢原子电离发射一个光电子，求此光电子的德布罗意波长。 （电子质量 m0 = 9.11×10 -31 kg） 解： 远离核的光电子动能为 能量为 15eV光子，被处于基态氢原子吸收 设子弹质量为 0.01kg，枪口直径为0.5cm， 解： 用不确定关系计算子弹射出枪口时的横向速度。 说明：这个速度远小于子弹飞行速度，它引起 运动方向偏转微不足道。对于宏观粒子，波动性 影响很小，仍具有轨道特点。 * 发展史 普朗克：提出量子概念 爱因斯坦：提出光子学说 主要内容： 波粒二象性 激光 玻尔：建立量子论，解释原子光谱 德布罗意：建立波粒二象性概念 18.1 热辐射和普朗克能量子学说 一、 热辐射（heat radiation） 当物体辐射能量等于它同时间内吸收的辐射能时，物体温度保持不变，称为平衡热辐射。 物体在一定时间内辐射能量多少和辐