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波粒二象性概要 1 黑体辐射 普朗克能量子假说 1900 谐振子的能量只可能是 E nhv n 1 2 3 普朗克热辐射公式 1900 黑体的光谱辐射出射度 即在单位时间内从单位表面积发出的频率在v附近单位频率区间的电磁波的能量为 或 斯特藩 玻耳兹曼定律 黑体对所有频率总的辐射出射为 能量子假设 光电效应 1921 红限频率v0 A h 爱因斯坦光量子假说 1905 康普顿散射 1923 2 光的粒子性 爱因斯坦与康普顿 3 粒子的波动性 德布罗意假设 1921 此假设很快为戴维孙 革末和汤姆孙利用电子衍射实验证实 概率波和概率幅 1926 玻恩认为物质波描述了粒子在各处出现的概率 也就是说 德布罗意波是概率波 玻恩用单值 有限 连续的波函数 x y z t 来描述微观粒子的运动 假定 2 为粒子的概率密度 即在t时刻 在 x y z 处单位体积内出现粒子的概率 且 德布罗意 4 不确定关系 1927 5 氢原子光谱 1913 谱线的波数 频率条件 角动量量子化条件 位置动量不确定关系 能量时间不确定关系 不确定关系 位置和动量的不确定关系 微观粒子不能同时具有确定的位置和动量 1927年 德国物理学家海森伯提出 卢瑟福原子模型 1911年卢瑟福根据alpha粒子散射实验提出了原子有核模型 原子的质量几乎集中于带正电的原子核 而核的半径只占整个原子半径的万分之一至十万分之一 带负电的电子散布在核的外围 卢瑟福的原子有核模型成功地解释了a粒子散射实验 玻尔续量子实验 6 薛定谔方程 1926 一维 定态薛定谔方程 一维 薛定谔方程 描述非相对论实物粒子在势场中的状态随时间的变化 反映了微观粒子的运动规律 薛定谔 Schr dinger1887 1961 1933年薛定谔获诺贝尔物理奖 奥地利物理学家 提出量子力学最基本的方程 7 薛定谔方程举例 一维 一维无限深势阱中的粒子 能量量子化 德布罗意波长量子化 类似于经典的两端固定的弦驻波 势垒穿透 微观粒子可以进入其势能 有限的 大于其总能量的区域 这是由不确定关系决定的 在势垒有限的情况下 粒子可以穿过势垒到达另一侧 这种现象又称隧道效应 谐振子 能量量子化 零点能 1986诺贝尔物理学奖 宾尼 设计出扫描式隧道效应显微镜 1986诺贝尔物理学奖 罗雷尔 设计出扫描式隧道效应显微镜 8 氢原子 主量子数 n 1 2 3 轨道量子数 l 0 1 2 3 n 1 轨道磁量子数 ml l l 1 0 1 l 塞曼 Zeeman 1902诺贝尔物理学奖得主 9 电子自旋 1926 电子自旋角动量 电子自旋在空间某一方向的投影 ms只有1 2 向上 和 1 2 向下 两个值 为自旋磁量子数 轨道角动量和电子自旋角动量的合角动量 玻尔磁子 电子自旋磁矩在磁场中的能量 10 多电子原子的电子组态 电子的状态用4个量子数n l ml ms确定 n相同的状态组成一壳层 可容纳2n2个电子 l相同的状态组成一次壳层 可容纳2 2l 1 个电子 基态原子电子组态遵循两个规律 1 能量最低原理 即电子总处于可能最低的能级 一般n越大 l越大 能量就越高 2 泡利不相容原理 1921 不可能有两个或两个以上的电子处在同一量子状态 即不能有两个电子具有相同的n l ml ms 泡利不相容原理 1945诺贝尔物理学奖得主W Pauli 不可能有