16 量子物理.ppt

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1、第十六章量子物理概述(Summarize)►19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。热辐射现象中的紫外灾难迈克尔逊—莫雷实验►事实上还有两朵小小的乌云相对论诞生量子物理的诞生►并在这个基础上又建立起以研究原子的结构、性质及其运动规律为目的的原子物理学，后来又进一步发展，相继建立起原子核物理学和基本粒子物理学，这些内容统称为量子物理学。第16.1节黑体辐射普朗克能量子假说物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量。1.什么是黑体能够吸收外来一切电磁辐射而毫无反射的物体---黑体

2、一、黑体辐射如，可把一个开小孔的不透光空腔看成黑体。◆碳黑可近似看作黑体。◆深色物体比浅色物体吸收能力强。1.斯特藩-玻耳兹曼定律二、斯特藩-玻耳兹曼定律、维恩位移定律黑体辐出度M(T)与绝对温度的四次方成正比。瑞利-金斯按照经典电磁场理论和经典统计物理进行计算，波长从到+d的辐射能量三、黑体辐射的瑞利-金斯公式瑞利金斯线实验曲线当波长变短，辐出度趋于无穷大。这称为“紫外灾难”。瑞利-金斯公式在长波部分符合得较好，1.普朗克量子假设金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它振动时吸收或发射的能量是不连续的，只能取一些基元能量的整数倍。Planck常数2)吸收或发射的

3、最小基本能量单元——能量子的能量与振子的频率成正比，即四、普朗克量子假设、黑体辐射公式瑞利-金斯线o-实验值—Planck线以表示的普朗克黑体辐射公式Planck假说不仅圆满地解释了绝对黑体的辐射规律，也解决了在经典热力学中固体比热与实验不符的问题。Planck提出的全新概念——能量量子化，已成为现代物理理论的重要概念第16.2节光电效应光的波粒二象性一光电效应实验的规律VAAK（1）实验规律正负①.截止频率0----红限频率>0时，电子才能逸出金属表面；②.当>0时，光电子初动能:1.频率为的光是由大量能量为=h光子组成的粒子流。2.一定时，光强越大

4、，光子数越多。二光子爱因斯坦方程（1）“光量子”假设爱因斯坦方程三光的波粒二象性1.波动性光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。2.粒子性光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。光子能量和动量为例1波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.求（1）这种光的光子能量和动量；（2）光电子逸出钠表面时的动能；（3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？解（1）（2）（3）第16.3节康普顿效应一康普顿效应在X射线通过物质散射时，散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线。X-ray二效应的解释X射线视为一些=h的光子

5、，与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量，散射的光子能量减小，频率减小，波长变长。2.定量解释1.定性解释光子与电子碰撞当成完全弹性碰撞初态电子静止,质量为m0，末态质量为m，反冲电子第16.4节玻尔的氢原子理论1903年J.J.汤姆逊提出，原子中的正电荷和原子质量均匀地分布在半径为10-10m的球体内，电子浸于此球体中，即“葡萄干蛋糕模型”。1.J.J汤姆逊原子模型汤姆逊的学生卢瑟福通过实验去验证此模型。1.粒子散射实验卢瑟福用粒子轰击原子，提出原子的有核模型。二卢瑟福的原子有核模型粒子镭放射源荧光屏显微镜金箔绝大部分粒子经金箔散射后，散射角很小2~3

6、，1/8000的粒子偏转大于90粒子以~c/15轰击金箔实验结果1.巴尔末光谱线系三氢原子光谱的规律性1885年,瑞士数学家巴尔末发现氢原子可见光部分的谱线。巴尔末线系2.莱曼线系----光谱在紫外区域的谱线系。3.其它线系---在红外区还有三个线系.帕邢系布拉开系普丰特系1.玻尔的三个假设假设一（定态假设）.量子化条件主量子数四氢原子的玻尔理论玻尔，（丹麦理论物理学家）针对有核模型与经典理论的矛盾以及合理解释氢原子光谱的规律。假设二（定态轨道条件）.频率条件假设三（跃迁频率）.第16.5节德布罗意波实物粒子的波粒二象性一、德布罗意物质波假设1.物质波假设同光子与电

7、磁波联系一样，一切实物粒子（m00）也联系着一种波——物质波或DeBroglie波。同光子一样，物质波的波长、频率与物质粒子的能量、动量满足下列关系。DeBroglie波既不是电磁波，也不是机械波，而是一种几率波，用来对微观粒子运动进行统计描述2.德波波长和频率公式质量为m（静质量为m0）、速度为V，动量为P的粒子波长和频率分别为物质波波长物质波频率第16.6节海森堡不确定关系海森伯不确定关系由于微观粒子的波动性，位置与动量不能同时有精确值。Dx越小（位置越精确），衍射现象越显著，DPx越大，动量不确定度越大。在同一时刻1.