量子物理基础入门

1、量子物理基础入门第1页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三19 世纪末，物理学晴朗的天空 飘着几朵乌云物理学面临严重的危机!黑体辐射光电效应康普顿效应氢原子光谱实验规律 .第2页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三普朗克量子假说早期的量子理论 玻尔的原子量子理论第24章第25章爱因斯坦光子学说第3页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三24 1 普朗克量子假说一、黑体辐射的实验规律TceT41)(0-ll=、)(0Te、ll瑞利金斯公式紫外灾难！维恩公式TcTecel-ll=352)(0、单色辐射本领瑞利金斯公式维恩公式第4页，共21页

2、，2022年，5月20日，21点45分，星期三二、普朗克公式（1900年12月14日柏林科学院）11252),(0-lp=l-lkThcTehce)(0Te、ll奇迹般完全符合实验规律！普朗克恒量sjh.=-3410636.第5页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三三、普朗克量子假说1、（谐振子）能量状态是量子化的。)1,2,(n n ,2 ,000LLLL=eee2、不同型式的辐射，每一小份能量是不同的。n=eh0ne0 243 爱因斯坦的光子学说1、光子： 一束光，是一束以光速 C 运动的粒子流 ，这些粒子称为光子（光量子）。能量的最小单元 0 称为“能量子”2、光子具

3、有质量、能量、动量。1918年获诺贝尔奖第6页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三n=eh 0=ecm20光不同频率的光子， 具有不同的能量。光的波粒 二象性hl=nh=ce=cc20=cmP光24 4 康普顿效应（1923）一、X射线的散射光子学说很好地解释了光电效应。 1921年获诺贝尔奖。 X射线经过金属、石墨 等物质，发生波长改变的 散射称康普顿效应。2cmh光=n n = =lccT第7页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三二、康普顿散射的实验规律： 1、散射线波长的改变量 = 随散射角 增加 而增加。 2、在同一散射角下 相同 , 与散射物质

4、和入射光波长无关。 3、原子量较小的物质,康普顿散射较强。入射X光散射X光散射角第8页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三三、康普顿效应的理论解释： 1、波动说的困难： 问题？散射光频率 = 粒子作受迫振动频率 = 入射光频率可见光是这样，X光则不然，无法解释！ 2、量子理论的成功： 光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故 不变 ， 不变。解释实验现象（ 有 、 , ） 光子与自由电子作弹性碰撞时，要传 一 部分能量给 电子n = =lccT如何解释实验规律？n=lc 频率为 的 X射线，是 能量为 = h 的光子流第9页，共21页，2022年，5月20日，21点45分

5、，星期三康普顿散射公式： 光子与自由电子弹性碰撞根据能量守恒,动量守恒:演示光子与电子的碰撞康普顿波长n=eh2mcvmrnhPrrl=与实验结果符合得很好！解释实验规律： ，散射物质，原子量(2)康普顿效应给我们什么启示？思考:(1)观察光电效应时能否见到康普顿效应？1927年获诺贝尔奖第10页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三例：波长为 2.0A0 的X射线射到碳块上，由于康普顿 散射 ，频率改变 0.04。求：(1)该光子的散射角(2) 反冲电子的动能解：（1）解出(2) 0.04%第11页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三第 25 章 玻尔的

6、原子量子理论251 氢原子光谱的实验规律一、氢原子光谱 （传递给我们什么信息？）二、巴尔末系的里德伯公式（1885）紫外区红外区里德伯恒量 R 的 实验值 第12页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三三、广义的巴尔末公式： （氢原子光谱的其它线系）赖曼系巴尔末系帕邢系布拉开系可见光区紫外区红外区第13页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三252 玻尔氢原子量子论一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型）严重的问题：原子的稳定性问题？原子分立的线状光谱？)11(22nkRc-=n广义的巴尔末公式22nhRckhRch-=n玻尔将广义的巴尔末公式改写为：演示 粒子

7、散射演示原子发光第14页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三1、定态假设：原子只能处在一 系列 不连续的、稳定的能量状态。二、玻尔原子系统的基本假设2、频率跃迁假设：当原子能级 跃迁时，才发射（或吸收）光子,3、量子化条件：稳态时电子角动量应等于 的整数倍。 )1,2,(n 2Lh=p=hnnLhEEkn-=n其频率为EE3E2E11913发表论原子分子结构E1 , E2 , E3 En （定态）hhh15第15页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三 253 玻尔氢原子理论一、氢原子轨道半径：由量子化条件及牛顿定律：轨道量子化r14r19r116r1rv

8、m角动量量子化库仑力=向心力玻尔半径速度量子化其他的可能轨道：n=1n=2n=3n=4第16页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三二、氢原子的能级：电子在量子数为n的轨道上运动 时，原子系统总能量是： 将 r n ，Vn 代入上式，得： E1 E2 E3 E4基态能量其它激发态：rvm能量是量子化的第17页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三三、氢原子光谱的理论解释1、里德伯常数的理论值与 实验值符合得很好。理论实验2、解释分立的谱线。3、解释谱线系。 氢原子能级图四、玻尔理论的局限性1、对稍复杂的原子光谱，定性、定量都不能解释。2、对氢原子谱线的强度、 宽度、偏振等问题遇到难 以克服的困难。 第18页，共21页，2022年，5月20日，21点45分，星期三能量守恒式即动量守恒式即1212将消去得附：康普顿散射公式的推导：第19页，共21页，2022年，5月20日