原子物理学课件 2

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1、第二章量子力学初步量子力学已经从理论物理的一个分支学科，发展成为技术专家手中的一门有力的工具：纳米（10－9M）科学与技术,STM和AFM.为什么要学？为什么在这时候学？在波尔与索末菲的旧量子理论中：L（轨道角动量数值）＝nℏ，Lz（轨道角动量的方向）=mℏ；即：定态条件，作为“规定”的量子化条件引入。这种强制性“规定”不符合物理学逻辑。氢原子基态的电子空间分布：波尔理论：n=1的“轨道”，rn＝n2a1＝a1＝0.53A；中学物理中的“电子云”。“电子云”概念是正确的，“轨道”概念是错误的。正确的原子概念的建立，必须学习量子力学。问题1：问

2、题2：孰是孰非？2.1光的波动粒子二象（二重）性圣经：上帝创造；玻尔，爱因斯坦：能级跃迁，。。。牛顿的微粒学说（光子流)；光从何来？光是什么？依据：光的直线传播性质，反射折射定律）；惠更斯－菲涅尔的波动学说（光波)；依据：光的干涉、衍射及偏振现象。杨氏双缝干涉实验10大经典物理实验之一参量关系：＝c；2/=k；（k·r-2t）＝2.1.1光的波动性波动特性参量：频率()，波长()，波矢(k)，偏振(E0)，位相（）波的平面波表示：平面光波满足的波动方程Helmhetz方程：2E＋k2E=0电磁波满足的方程Maxell方

3、程“光”是一种波动已成定论？2.1.2光的“粒子性”新发现描述光的粒子特性参量：（E，p）能量关系式：“E＝h＝hc/”的实验证明：光电效应实验（2）光电效应实验（3）康普顿散射实验E＝h＝hc/(k=2/:波矢)p＝h/＝h/c＝ℏk描述光的波动特性参量：（，）Einstein关系式：（1）黑体辐射实验光电效应实验及理论解释结果：仅当入射光的频率>=min,才有光电流（光电子）。光电效应的理论解释（1905，Einstein）（W0：脱出功；Ve：电子脱离速度)min=W0/h说明：（1）光以h为单位“一份一份”

4、地携带能量，“光”是光粒子的流动！（光粒子：光子，photon)；（2）E=h=hc/的关系式是正确的。爱因斯坦由于对光电效应的成功理论解释，获得1922年度诺贝尔物理奖。康普顿散射实验－p＝ℏk＝(h/)k0光子动量关系的实验验证（光子被低能自由电子的散射实验）康普顿散射公式的理论解释：Ａ．能量守恒撞前：h+m0c2(低能电子，忽略电子动能)；撞后：h＋(m02c4+P2c2)1/2（相对论能量）B.动量守恒撞前：水平方向：h/c；垂直方向：0撞后：水平方向：（h/c）cos+Pcos；垂直方向：(h/c)sin－

5、Psin说明：光(光子，photon)以p=h/为单位携带动量。康普顿（美国人）由于X光被低能自由电子散射的实验获得1927年度诺贝尔物理奖。光即有波动的属性，又具有粒子的属性。------光具有波粒二象性。2.2.1德布罗意的类比假设（法国人，1924，巴黎大学文理学院本科生）德氏类比波动性：被忽略了？2.1.3光的波粒二象性光的波动性参量（，）和光的粒子性参量（E，p）通过爱因斯坦关系式联系起来。2.2物质(实物粒子）的波粒二象性波动性：被人们强调粒子性：被人们忽略光（具有波粒二象性）实物粒子（星体,电子和原子）粒子性：被强调!实物

6、粒子“波粒二象性”的几个必然结果1，表征粒子特征的参量（E，p）和表征波动特征的参量（，）通过爱因斯坦关系式联系起来。E＝h＝hc/，p＝h/＝h/c＝ℏk2，实物粒子(E,p)波的数学表达式：平面光波的数学表达式：E(k,t)＝E0其中,k＝p/ℏ＝(h/)k0；2＝＝E/ℏ。得：(p,t)=03，氢原子的“定态条件”L＝nℏ的推导：如果“电子”有波动性，氢原子中的电子要成为“定态”波（不向外辐射能量），必须是“驻波”。圆轨道：2r＝n（r=n/2）“驻波”条件弦振动：2L＝n数值：L=rp=（n/2）

7、（h/）=nℏ定态条件！（波动性的逻辑结果！）称实物粒子的这种波动性为物质波。（又称为：德布罗意波）1924年，德布罗意提出实验建议；1927年，戴维孙－革末（美国人）通过电子束被镍单晶的衍射实验，成功地证实了电子的波动性。1927年，德布罗意由于物质波的工作获诺贝尔物理学奖；1937年，戴维孙－革末由于电子束被镍单晶的衍射实验获诺贝尔物理学奖n=2