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《大学物理讲义 第17章 第五讲》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、?第六部分近代物理第17章量子物理基础本章共5讲北京邮电大学理学院物理部1§2量子力学基本原理（三）原子结构的量子理论小结：氢原子系统的量子化主量子数：n=1,2,3...表征能量量子化41meEE=−()=1E=−13.6eV122222n32πεZno角量子数：l=0,1,2,...n−1表征“轨道”角动量量子化L=l(l+1)Z可取n个值对氢原子系统能量有影响E=E(n,l)磁量子数：ml=0,±1,±2,...±l表征“轨道”角动量空间取向量子化Lz=mlZ可取2l+1个值北京邮电大学理学院物理部2三、电子的自旋1.史特恩-盖拉赫实验目的：研究角动量空间量子化实验装置：原子射线在非
2、均匀磁场中偏转ddd（德国.1888－1969）M=μ×B北京邮电大学理学院物理部3实验结果：屏上两条原子沉积理论解释：无磁场有磁场ddd原子射线在非均匀磁场中偏转M=μ×B无空间量子化：屏上得连成一片原子沉积与实验结果不符存在空间量子化：屏上得2l+1条分离原子沉积进一步分析：Ag原子:5s态Sn=5,l=0,原子炉N准直屏m=0,μ=0磁铁l分裂不是由于轨道磁矩与外场相互作用引起无法用三个量子数解释实验结果。北京邮电大学理学院物理部42.电子自旋对应的经典模型及解释：相当于电子具有绕自身轴自旋的内禀角动量，分裂是自旋磁矩与磁场相互作用的结果。概念的提出具有精细结构的光谱线在磁场中一条分
3、裂为三条以上1924年泡利为解释“反常塞曼效应”提出电子具有第四个自由度，但认为无对应的经典模型。美国克罗尼格提出“自旋”被否定。荷兰物理学家埃伦斯非特的学生乌伦贝克、高斯米特独立提出电子自旋模型，得到埃伦斯非特、洛仑兹、海森伯、爱因斯坦、玻尔、托马斯等的关心和帮助1926年电子自旋模型得到承认。泡利将其纳入量子力学体系。狄拉克建立相对论量子力学，自然得出电子具有内禀角动量的结论。北京邮电大学理学院物理部5与“轨道”角动量类比dLSs令Ls=s(s+1)ZLsz=msZ
4、m
5、≤S取2S+1个值s由史特恩-盖拉赫实验11s=m=±2s+1=2s22自旋角动量31Ls=s(s+1)Z=ZLsz
6、=±Z22(以后由狄拉克方程导出s,m)s北京邮电大学理学院物理部6三.原子壳层结构1.决定原子中电子状态的四个量子数对应的名称符号取值物理意义经典模型主量子数n1,2?决定电子能量的主要部分0,1,….n-1决定电子“轨道”角动量“轨道”d角量子数l
7、L
8、=l(l+1)Z运动可取n个值对电子能量有影响0,±1,?±l决定“轨道”角动量在外场磁量子数ml可取2l+1个值中的取向L=mZzl自旋决定电子“自旋”角动量1“自旋”m±在外场中的取向磁量子数s2L=mZ运动szs北京邮电大学理学院物理部72.电子分布遵循的两个基本原理1)泡利不相容原理一个原子中不可能有两个或两个以上的电子具有完全
9、相同的四个量子数泡利（奥地利）（1900-1958）同一支壳层l相同,最多2(2l+1)个电子n−12同一壳层n相同，最多∑2(2l+1)=2n个电子02)能量最小原理正常情况下，原子中电子趋向于占有最低能级，原子系统能量最小时最稳定按n+0.7l大小排列北京邮电大学理学院物理部8原子内电子能级的名称l0123456nspdfghi1(K)1s2(L)2s2p3(M)3s3p3d4(N)4s4p4d4f5(O)5s5p5d5f5g6(P)6s6p6d6f6g6h7(Q)7s7p7d7f7g7h7i大小次序：按n+0.7l大小排列1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d……
10、北京邮电大学理学院物理部9练习：0,2Z,6Z1.n=3时可能出现的轨道角动量为该壳层最多容纳18个电子2.d分壳层电子轨道角动量的可能值为6Z,角动量在外场方向投影的可能值为0,±Z,±2Z,该分壳层最多容纳10个电子3.下列各组量子数中，哪一组可以描述原子中电子的状态？(A)n=2,l=2,m=0,m=12;ls(B)n=3,l=1,m=−1,m=−12;ls(C)n=1,l=2,m=1,m=12;ls(D)n=1,l=0,m=1,m=−12;答案：Bls北京邮电大学理学院物理部10第十七章《量子物理基础》小结一.学习方法建议：•破除思维定势，建立微观模型，习惯抽象思维方式；•如果对一
11、些结论不能理解，先暂时接受。•可通过阅读课外书籍，深入学习、逐渐理解微观世界的概念和规律。二.各章要点§1经典物理的困难和旧量子论1.了解黑体辐射实验规律及普朗克能量子假设▲2.理解爱因斯坦光子论的基本思想，光与物质相互作用的三种方式，掌握关于光电效应，康普顿效应的计算。北京邮电大学理学院物理部11hcEhh光子：E=hν=,I=Nhν,m==,p=mc=2λccλλ122ϕhν=mvm+AΔλ=λ−λ0=2λcsin2
