chp3第三章：量子力学导论

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1、近代物理基础------原子物理学主讲教师：任国仲第一节玻尔理论的困难第二节波粒二象性第三节不确定关系第四节波函数及其统计解释第五节薛定谔方程经典物理无法解释的实验现象一、黑体辐射的规律二、光电效应寻找以太的零结果？热辐射的紫外灾难物理世界上空的两朵乌云第一节：玻尔模型的困难第三章：量子力学导论光谱与玻尔模型第一节：玻尔模型的困难第三章：量子力学导论玻尔理论的成功之处1、量子态，定态得到实验验证；2、解释了氢光谱问题；3、理论上得到里德堡常量；4、解释了类氢离子光谱；5、元素周期律；6、同位素的而发现玻尔理论的困难1、简单程度仅次于氢的氦光

2、谱无法解释；2、对于光谱线的强度无能为力；3、光谱中的精细结构无能为力；4、原子如何组成分子、液体和固体无法说明第一节：玻尔模型的困难2定态之间跃迁过程中，发射和吸收辐射的原因不清楚，对过程的描写十分含糊！玻尔理论中难以解决的内在矛盾1氢原子中核与电子之间的静电作用是有效的，但是定态的发射电磁波的能力为何消失了？第一节：玻尔模型的困难卢瑟福的质疑当电子从一个能态跳到另一个能态时，您必须假设电子事先就知道它要往哪里去！陷入逻辑的恶性循环！我去过吗？？薛定谔的非难糟糕的跃迁！电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，按照相对论，它的速度不能无限大，不能

3、超过光速！那么跃迁必须经历一定的时间，在这段时间里，电子离开E1未到达E2，那么电子处于什么状态？这是那个糟糕的跃迁无法回答的！玻尔这一理论是十分初步的，许多问题还没有解决第一节：玻尔模型的困难把微观粒子看做经典力学中的质点玻尔理论困难的根源把经典力学的规律用于微观粒子根本解决途径：用全量子的观点看世界！第二节：波粒两象性在经典物理学中波和粒子是完全不同的两个概念。是自然界中仅有的两种能量传递的方式。是波就不能是粒子，是粒子就不能是波。是就是是，否就是否，无法用波和粒子描述同一事物。粒子的特性：定域性，占据一定的空间，有确定的质量、动量和电

4、荷粒子和粒子之间是分离的。粒子的运动有确定的轨道。波的特性：广延性，周期性,迭加性，能产生干涉、衍射、偏振等现象。粒子完全定域性波长频率特征量第二节：波粒两象性波质量动量电荷特征量1、粒子总可以看成是质点2、根据牛顿力学，有严格的因果律1、频率和波长原则上可严格确定，拍方法。。。。。。条件是波不能被约束2、波的本质特征：叠加性对于光的认知：1672年，牛顿，光的微粒说1678年，惠更斯，光的波动说十九世纪初，菲涅耳、夫琅和费和杨氏证实波动说1905年，爱因斯坦，光量子粒子波光的波粒而象性徳布罗意的反思：整个世纪以来，在辐射理论上，比起关注波

5、动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法；在实物粒子理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于“粒子”的图象想的太多，而过分地忽略了波的图象呢？第二节：波粒两象性光的波粒二象性光是一种电磁波已被我们充分认识，并被干涉、衍射、偏振等实验和麦克斯韦理论完全证明。光在传播时显示波动性。光的波动性:光的粒子性：光电效应和康普顿效应等证明光的粒子性。光在与物质作用，转移能量时显显示粒子性。光是粒子性和波动性的矛盾统一体传播波动性能量传递粒子性光既可以显示波的特性，又能显示粒子的特性注意：在任何特定的事例中，光要么显示波性，要么显示粒子性，两者绝

6、不会同时出现！“整个世纪以来，在光学上比起波动的研究方法，是过于忽略了粒子的研究方法，在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想的太多，而过分忽略了波的图象？”“所有的物质粒子（mo不等于零）都具有波粒二象性，任何物质粒子都伴随着波，而且不可能将物体的运动和波的传播分开。1、德布罗意假说(L.DeBroglie)德布罗意第二节：波粒两象性deBroglie将Einstein的光量子概念推广，提出了物质波的概念(1924年)所有的波都具有粒子性所有的粒子都具有波动性不能将物质的运动和波的传播分开。能量为E，动量为P的粒子，

7、伴随的波的波长和频率为：德布罗意关系式：质能方程近代物理中的两个最重要的关系第二节：波粒两象性粒子性波动性能量质量表面上完全不同的物理量之间找到内在联系，不能不说是物理学的一大胜利普朗克常数的意义1、量子化的量度2、波和粒子的桥梁量子论中两个基本的概念量子化波粒二象性必然有内在的联系任何表达式中，只要有普朗克常量的出现，就必然意味着这一表达式的量子力学特征德布罗意关系式的实验验证—戴维孙－革末实验德布罗意指出由于实物粒子的波粒二象性，当加速后的电子穿过晶体时，将会发生电子波的衍射现象，1925年戴维孙－革末在一次偶然的事故中将镍单晶化，电子

8、穿过镍单晶时，观察到电子的衍射图象（如图）电子衍射的工作原理探测器电子束电子枪镍单晶d=asinaAtomicplanes布喇格面----产生衍射----衍射极大发生条件d=