量子物理知識

1、量子物理,研究微觀世界物質(zhì)運動的規(guī)律,19 世紀末，物理學晴朗的天空 飄著幾朵烏云——,物理學面臨嚴重的危機!,,,,黑體輻射,光電效應,康普頓效應,氫原子光譜實驗規(guī)律,…...,普朗克量子假說,早期的量子理論,玻爾的原子量子理論,第24章,第25章,愛因斯坦光子學說,§24 —1 普朗克量子假說,一、黑體輻射的實驗規(guī)律,,,l,瑞利—金斯公式,紫外災難！,維恩公式,單色輻射本領(lǐng),瑞利—金斯公式,維恩公式,,二、普朗克公式

2、,（1900年12月14日——柏林科學院）,,,,,,,,,,,,l,奇跡般完全符合實驗規(guī)律！,普朗克恒量,,,,三、普朗克量子假說,1、（諧振子）能量狀態(tài)是量子化的。,2、不同型式的輻射，每一小份能量是不同的。,§ 24—3 愛因斯坦的光子學說,1、‘光子’： 一束光，是一束以光速 C 運動的粒子流 ，這些粒子稱為光子（光量子）。,能量的最小單元 ?0 稱為“能量子”,2、光子具有質(zhì)量、能量、動量。,1918年獲諾貝爾

3、獎,,Þ,不同頻率的光子， 具有不同的能量。,光的波粒 二象性,,§24 — 4 康普頓效應（1923）,一、X射線的散射,光子學說很好地解釋了光電效應。 1921年獲諾貝爾獎。,X射線經(jīng)過金屬、石墨 等物質(zhì)，發(fā)生波長改變的 散射稱康普頓效應。,,,,,,,,,,?’> ?,?,二、康普頓散射的實驗規(guī)律：,1、散射線波長的改變量

4、 ?? = ?’— ? 隨散射角 ? 增加 而增加。,2、在同一散射角下?? 相同 , 與散射物質(zhì)和入射光波長無關(guān)。,3、原子量較小的物質(zhì),康普頓散射較強。,,三、康普頓效應的理論解釋：,1、波動說的困難： 問題？,散射光頻率 = 粒子作受迫振動頻率 = 入射光頻率,可見光是這樣，X光則不然，無法解釋！,2、量子理論的成功：,光子與束縛電子作彈性碰撞時，不改變

5、能量，故 ? 不變 ，? 不變。,解釋實驗現(xiàn)象（ 有 ? 、 ?’, ?’> ? ）,光子與自由電子作彈性碰撞時，要傳 一 部分能量給 電子,如何解釋實驗規(guī)律？,,,,頻率為 ? 的 X射線，是 能量為 ? = h ? 的光子流,康普頓散射公式： 光子與自由電子彈性碰撞,根據(jù)能量守恒,動量守恒:,,演示光子與電子的碰撞,康普頓波長,,

6、與實驗結(jié)果符合得很好！,解釋實驗規(guī)律：?? ???，散射物質(zhì)，原子量,(2)康普頓效應給我們什么啟示？,思考:(1)觀察‘光電效應’時能否見到康普頓效應？,1927年獲諾貝爾獎,,例：波長為 2.0A0 的X射線射到碳塊上，由于康普頓 散射 ，頻率改變 0.04％。求：(1)該光子的散射角(2) 反沖電子的動能,解：（1）,解出,,(2),,,,,,,,,? 0.04%,,,,第 25 章 玻爾的原子量子

7、理論,§25—1 氫原子光譜的實驗規(guī)律,一、氫原子光譜 （傳遞給我們什么信息？）,二、巴爾末系的里德伯公式（1885）,里德伯恒量 R 的 實驗值,三、廣義的巴爾末公式： （氫原子光譜的其它線系）,,,§25—2 玻爾氫原子量子論,一、盧瑟福原子模型（原子的有核模型）,嚴重的問題：,,原子的穩(wěn)定性問題？,原子分立的線狀光譜？,廣義的巴爾末公式,玻爾將廣義的巴爾末公

8、式改寫為：,演示? 粒子散射,演示原子發(fā)光,1、定態(tài)假設：原子只能處在一 系列 不連續(xù)的、穩(wěn)定的能量狀態(tài)。,二、玻爾原子系統(tǒng)的基本假設,2、頻率躍遷假設：當原子能級 躍遷時，才發(fā)射（或吸收）光子,,3、量子化條件：穩(wěn)態(tài)時電子角動量應等于 ? 的整數(shù)倍。,其頻率為,,,,,,,E?E3E2E1,1913發(fā)表‘論原子分子結(jié)構(gòu)’,E1 , E2 , E3 ……

9、 En （定態(tài)）,h?,h?’,h?’’,15,§ 25—3 玻爾氫原子理論,一、氫原子軌道半徑：,由量子化條件及牛頓定律：,,軌道量子化,,,r1,角動量量子化,庫侖力=向心力,玻爾半徑,速度量子化,,其他的可能軌道：,n=1n=2n=3n=4,二、氫原子的能級：,電子在量子數(shù)為n的軌道上運動 時，原子系統(tǒng)總能量是：,將 r n ，Vn 代入上式，得：,E1 E2 E3 E4,基態(tài)能量,其它激發(fā)態(tài)：

10、,,能量是量子化的,,三、氫原子光譜的理論解釋,1、里德伯常數(shù)的理論值與 實驗值符合得很好。,理論實驗,2、解釋分立的譜線。,3、解釋譜線系。,四、玻爾理論的局限性,1、對稍復雜的原子光譜，定性、定量都不能解釋。,2、對氫原子譜線的強度、 寬度、偏振等問題遇到難 以克服的困難。,能量守恒式,即,動量守恒式,即,,附：康普頓散射公式的推導：,附：里德伯恒量理論值的計算,根據(jù),令,這是什么？,得,,而 實驗值,廣義的