量子物理基礎(chǔ)入門

1、量子物理基礎(chǔ)入門第1頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三19 世紀(jì)末，物理學(xué)晴朗的天空 飄著幾朵烏云物理學(xué)面臨嚴(yán)重的危機(jī)!黑體輻射光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律 .第2頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三普朗克量子假說早期的量子理論 玻爾的原子量子理論第24章第25章愛因斯坦光子學(xué)說第3頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三24 1 普朗克量子假說一、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律TceT41)(0-ll=、)(0Te、ll瑞利金斯公式紫外災(zāi)難！維恩公式TcTecel-ll=352)(0、單色輻射本領(lǐng)瑞利金斯公式維恩公式第4頁，共21頁

2、，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三二、普朗克公式（1900年12月14日柏林科學(xué)院）11252),(0-lp=l-lkThcTehce)(0Te、ll奇跡般完全符合實(shí)驗(yàn)規(guī)律！普朗克恒量sjh.=-3410636.第5頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三三、普朗克量子假說1、（諧振子）能量狀態(tài)是量子化的。)1,2,(n n ,2 ,000LLLL=eee2、不同型式的輻射，每一小份能量是不同的。n=eh0ne0 243 愛因斯坦的光子學(xué)說1、光子： 一束光，是一束以光速 C 運(yùn)動(dòng)的粒子流 ，這些粒子稱為光子（光量子）。能量的最小單元 0 稱為“能量子”2、光子具

3、有質(zhì)量、能量、動(dòng)量。1918年獲諾貝爾獎(jiǎng)第6頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三n=eh 0=ecm20光不同頻率的光子， 具有不同的能量。光的波粒 二象性hl=nh=ce=cc20=cmP光24 4 康普頓效應(yīng)（1923）一、X射線的散射光子學(xué)說很好地解釋了光電效應(yīng)。 1921年獲諾貝爾獎(jiǎng)。 X射線經(jīng)過金屬、石墨 等物質(zhì)，發(fā)生波長改變的 散射稱康普頓效應(yīng)。2cmh光=n n = =lccT第7頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三二、康普頓散射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律： 1、散射線波長的改變量 = 隨散射角 增加 而增加。 2、在同一散射角下 相同 , 與散射物質(zhì)

4、和入射光波長無關(guān)。 3、原子量較小的物質(zhì),康普頓散射較強(qiáng)。入射X光散射X光散射角第8頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三三、康普頓效應(yīng)的理論解釋： 1、波動(dòng)說的困難： 問題？散射光頻率 = 粒子作受迫振動(dòng)頻率 = 入射光頻率可見光是這樣，X光則不然，無法解釋！ 2、量子理論的成功： 光子與束縛電子作彈性碰撞時(shí)，不改變能量，故 不變 ， 不變。解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（ 有 、 , ） 光子與自由電子作彈性碰撞時(shí)，要傳 一 部分能量給 電子n = =lccT如何解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律？n=lc 頻率為 的 X射線，是 能量為 = h 的光子流第9頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分

5、，星期三康普頓散射公式： 光子與自由電子彈性碰撞根據(jù)能量守恒,動(dòng)量守恒:演示光子與電子的碰撞康普頓波長n=eh2mcvmrnhPrrl=與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好！解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律： ，散射物質(zhì)，原子量(2)康普頓效應(yīng)給我們什么啟示？思考:(1)觀察光電效應(yīng)時(shí)能否見到康普頓效應(yīng)？1927年獲諾貝爾獎(jiǎng)第10頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三例：波長為 2.0A0 的X射線射到碳?jí)K上，由于康普頓 散射 ，頻率改變 0.04。求：(1)該光子的散射角(2) 反沖電子的動(dòng)能解：（1）解出(2) 0.04%第11頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三第 25 章 玻爾的

6、原子量子理論251 氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、氫原子光譜 （傳遞給我們什么信息？）二、巴爾末系的里德伯公式（1885）紫外區(qū)紅外區(qū)里德伯恒量 R 的 實(shí)驗(yàn)值 第12頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三三、廣義的巴爾末公式： （氫原子光譜的其它線系）賴曼系巴爾末系帕邢系布拉開系可見光區(qū)紫外區(qū)紅外區(qū)第13頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三252 玻爾氫原子量子論一、盧瑟福原子模型（原子的有核模型）嚴(yán)重的問題：原子的穩(wěn)定性問題？原子分立的線狀光譜？)11(22nkRc-=n廣義的巴爾末公式22nhRckhRch-=n玻爾將廣義的巴爾末公式改寫為：演示 粒子

7、散射演示原子發(fā)光第14頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三1、定態(tài)假設(shè)：原子只能處在一 系列 不連續(xù)的、穩(wěn)定的能量狀態(tài)。二、玻爾原子系統(tǒng)的基本假設(shè)2、頻率躍遷假設(shè)：當(dāng)原子能級(jí) 躍遷時(shí)，才發(fā)射（或吸收）光子,3、量子化條件：穩(wěn)態(tài)時(shí)電子角動(dòng)量應(yīng)等于 的整數(shù)倍。 )1,2,(n 2Lh=p=hnnLhEEkn-=n其頻率為EE3E2E11913發(fā)表論原子分子結(jié)構(gòu)E1 , E2 , E3 En （定態(tài)）hhh15第15頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三 253 玻爾氫原子理論一、氫原子軌道半徑：由量子化條件及牛頓定律：軌道量子化r14r19r116r1rv

8、m角動(dòng)量量子化庫侖力=向心力玻爾半徑速度量子化其他的可能軌道：n=1n=2n=3n=4第16頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三二、氫原子的能級(jí)：電子在量子數(shù)為n的軌道上運(yùn)動(dòng) 時(shí)，原子系統(tǒng)總能量是： 將 r n ，Vn 代入上式，得： E1 E2 E3 E4基態(tài)能量其它激發(fā)態(tài)：rvm能量是量子化的第17頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三三、氫原子光譜的理論解釋1、里德伯常數(shù)的理論值與 實(shí)驗(yàn)值符合得很好。理論實(shí)驗(yàn)2、解釋分立的譜線。3、解釋譜線系。 氫原子能級(jí)圖四、玻爾理論的局限性1、對(duì)稍復(fù)雜的原子光譜，定性、定量都不能解釋。2、對(duì)氫原子譜線的強(qiáng)度、 寬度、偏振等問題遇到難 以克服的困難。 第18頁，共21頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)45分，星期三能量守恒式即動(dòng)量守恒式即1212將消去得附：康普頓散射公式的推導(dǎo)：第19頁，共21頁，2022年，5月20日