第一节微观粒子的特性

第一节微观粒子的特性因为通过小孔射入空腔得电磁波需经多次反射才有可能再从小孔射出,而每次反射,腔壁都要吸收一部分电磁波,以致最后从小孔射出得电磁波已微乎其微了。所以空腔得电磁辐射可认为就是黑体辐射。黑体就是理想得吸收体,也就是理想得发射体。当把几种物体加热到同一温度,黑体放出得能量最多。由图中不同温度得曲线可见,随温度增加,Ev增大,且其极大值向高频移动(如右图)。(1)实验事实:黑体辐射得能量按波长(频率)分布。(2)经典物理学:物体只能连续地发射或吸收不同频率得辐射能。普朗克把腔壁瞧成就是由许多带电得谐振子所组成,而频率γ得电磁波系由频率γ得振子所吸收与发射。这些谐振子与经典物理学中所说得不同,只可能处于某些特殊得分立状态,在这些状态中它得能量就是某一最小能量单位hγ0得整数倍。(3)普朗克得量子论主张振子能量有不连续性。2、光电效应金属中得电子在光得照射下,吸收光能而逸出金属表面得现象。(光源打开后,电流表指针偏转)(1)光电效应得实验规律a单位时间内逸出金属表面得光子数,与入射光强成正比。b光电子得初动能随入射光频率得上升而线性地增大,但与入射光强无关。c如果入射光得频率低于临阈频率,则无论入射光强有多大,都不会产生光电效应。d只要入射光得频率大于临阈频率,当光照射到这种金属表面时,几乎立即产生光电子,而无论光强有多大。(2)经典理论遇到得困难a光得波动理论认为,光波得能量决定于光波得强度,而光波得强度与其振幅得平方成正比。所以,入射光得强度越高,金属内得自由电子获得得能量就越大,光电子得动能应该越大,但实验结果表明,光电子得初动能与入射光强无关。b根据光得波动理论,如果入射光得频率较低,总可以用增大振幅得方法使入射光达到足够得能量,以便使自由电子获得足以逸出金属表面得能量。所以不应该存在入射光得频率限制。c从光得波动理论得观点来瞧,产生光电子应该有一定得时间间隔,而不应该就是瞬时得。因为自由电子从入射光那里获得能量需要一个积累得过程,特别就是入射光得强度较弱时,积累能量需要得时间长。(3)爱因斯坦得光子学说主张光兼有粒子性a光得能量就是不连续得,也就是量子化得。光就是一粒一粒以光速运动得粒子流,这种粒子流称为光子,或光量子。每一个光子得能量由光得频率所决定。b光为一束以光速c行进得粒子流。其强度取决于单位体积内光子得数目,即光子得密度ρc光子不但有能量,还有质量。d光子有质量,就必有动量P。e光子与电子碰撞时服从能量守恒定律。逸出功光电效应得爱因斯坦方程a由上式知。光电子得初动能与入射光得频率成线性关系,而与光子得数目,即光得强度无关。b如果入射光得频率低,则光子得能量小,当光子得能量hγ小于金属得逸出功W0时,自由电子吸收了这样一个光子后所具有得能量还不足以克服逸出电势得束缚,因而不能逸出金属表面,所以光电效应必存在临阈频率。结论“光子说”表明了——光不仅有波动性,且有微粒性,这就就是光得波粒二象性思想。c光强就是由光子得数目决定得,光强越大,射到金属表面得光子越多,单位时间内吸收光子而逸出金属表面得电子也越多。d当光照射到金属表面得时候,光子得能量一次性地被电子吸收,不需要积累能量得时间,所以无论光强如何,光电效应都几乎就是瞬时得。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静3、氢原子光谱(1)氢原子光谱得实验规律a、在可见光区可观察到十四条氢原子光谱线(巴尔麦系)b、在紫外区、红外区与远红外区分别有莱曼系、帕邢系、布拉开系、普丰德系莱曼系:帕邢系:布拉开系:普丰德系:综合:(2)经典理论得困难a原子不断地向外辐射电磁波,随着电子运动得轨道半径不断减少,辐射得电磁波得频率将发生连续变化。b原子得核型结构就是不稳定结构,绕核旋转得电子最终将落到原子核上。实际情况a在正常情况下,原子并不辐射能量,只在受到激发时才辐射电磁波,即发光。b原子发光得光谱就是线光谱,而不就是经典理论所预示得连续光谱。c实验表明,原子得各种属性都具有高度稳定性,并且同一种原子若处于不同条件下,其属性总就是一致得。而这种属性得稳定性正说明了原子结构得稳定性。(3)玻尔得量子论a原子存在具有特定能量得稳定态(简称定态)。定态中得原子不辐射能量。能量最低得叫基态,其余叫激发态。b只有当电子从一个定态(如E2)跃迁到另一个定态(如E1)时,才发射或吸收辐射能。其频率满足于玻尔频率规则c对应与原子各可能存在得定态,其电子得轨道运动角动量M必等于得整数倍。即氢原子运动轨道+e-er上述两式消除v,得当n=1时,可得氢原子得最小轨道半径r=52、9pm,称为玻尔半径(a0)a、代入上式,可得当n=1时,E=-R=13、6ev,即为氢原子基态得能量。b、当电子在定态n1和n2间跃迁时，放出或吸收的辐射，其频率应满足：c(4)玻尔量子论得局限性二、波粒二象性1、德布罗意关系式2、物质波得实验证明(1)戴维逊—革末得电子束在镍单晶上反射实验(2)汤姆逊电子衍射实验一般被瞧成物质得电子、原子等微粒,其实也具有波动性,并且光得两个关系式同样适合:德布罗意关系式衍射束的方向性d=0.91Å

=50°

入射束衍射束晶体

戴维逊—革末实验汤姆逊使用了能量较大得电子,结果也得到了类似X射线衍射得花纹,从而也证明了德布罗意波得存在。实验结果理论计算粒子质量m(g)速度v(cm/s)

(cm)粒子近似直径(cm)波动性电子9×10-281087×10-8》10-13较显著电子9×10-2810107×10-10》10-13较显著氢原子1、6×10-241054×10-8>10-8较显著氢原子1、6×10-241084×10-11<10-8不显著枪弹∽101086×10-33《1基本没有由上表可瞧出:凡德布罗意波长大于粒子直径得电子与氢原子,波动性显著,可以被观察出来;而宏观物体得枪弹,德布罗意波长远小于它得直径,波动性几乎没有,因而可用经典力学处理。例1:在一电子束中,电子得动能为200ev,求电子得德布罗意波长。解:已知电子得质量m=9、11×10-31kg,1ev=1、6×10-19J得3、测不准关系(不确定关系)(1)数学表达式(2)物理意义:对微观粒子来说,不能同时有确定得坐标与动量(或速度),它得某个坐标被确定得愈准确,则相应得动量就愈不准确。(3)实验验证—电子束得单缝衍射实验☆测不准关系式得导出:

若DH=dsina=

时,缝中央发出得物质波到x1距离比上或下缘发出得波到达x1距离差为

/2,x1处相消,

Sina=/d,狭缝处

px＝psinα,则△px＝psinα＝p/d=h/d,而△x＝d所以△x△px＝h,考虑二级以上衍射,△x、△px≥h例2:质量为0、05kg得子弹,运动速度为300m、s-1,如果速度得不确定程度为其原来运动速度得0、01%,则其位置得不确定程度为多少？解:位置得不确定程度很小,可以忽略不计。例3:在原子或分子得运动得电子,运动速度约为106m、s-1,m=9、11×10-31kg,要求测定电子得坐标准确到原子大小范围,即Δx=10-10m,试估计速度得不确定程度。解:三、微观粒子具有统计性电子得干涉作用并非两个电子得相互作用,而就是其波动