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1、第15章量子物理(2)第1页，共38页，编辑于2022年，星期日在热平衡条件下，黑体辐射的实验能谱曲线：在热平衡条件下，黑体辐射的实验能谱曲线：第2页，共38页，编辑于2022年，星期日斯忒藩斯忒藩-玻耳兹曼定律：玻耳兹曼定律：斯忒藩常数：斯忒藩常数：维恩位移定律：维恩位移定律：能谱分布曲线的峰值对应的波长能谱分布曲线的峰值对应的波长 m m与与温度温度T 的乘积为一常数。的乘积为一常数。维恩常数维恩常数:第3页，共38页，编辑于2022年，星期日普朗克经验公式：普朗克经验公式：普朗克的能量子假设：对于频率为对于频率为 的谐振子，其辐射能量是不连续的，的谐振子，其辐射能量是不连续的，只能取某一
2、最小能量的整数倍。只能取某一最小能量的整数倍。第4页，共38页，编辑于2022年，星期日光电效应实验的结果：光电效应实验的结果：1.存在存在截止频率截止频率（又称（又称红限红限）2.饱和光电流；饱和光电流；3.存在存在遏止电遏止电。4.光电效应具有瞬时响应特性光电效应具有瞬时响应特性(t m)结论：结论：谱线的波数可以表示为两个光谱项之差。谱线的波数可以表示为两个光谱项之差。光谱项：光谱项：里德伯表达式里德伯表达式 ：里德伯常量的近代测量值：里德伯常量的近代测量值：第16页，共38页，编辑于2022年，星期日赖曼系赖曼系（紫外光紫外光）帕邢系帕邢系（红外光）（红外光）布喇开系布喇开系（红外光）
3、（红外光）普芳德系普芳德系（红外光）（红外光）巴耳末系巴耳末系（可见光）（可见光）第17页，共38页，编辑于2022年，星期日15-4-2 原子的经典模型 1、汤姆逊的面包夹葡萄干模型、汤姆逊的面包夹葡萄干模型 整个原子呈胶冻状的球体，正电荷均匀分布于球体上，而电子镶嵌在原子球内，在各自的平衡位置附近作简谐振动，并发射同频率的电磁波。-第18页，共38页，编辑于2022年，星期日 粒子散射实验粒子散射实验卢瑟福卢瑟福的原子核式模型：的原子核式模型：原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电荷，占据整个原子的极小一部分空间，而电子带负电，绕着原子核转动，如同行星绕太阳转动一样。第19页，共38页，
4、编辑于2022年，星期日15-4-3 玻尔的氢原子理论 玻尔的三条基本假设：1.原子中的电子只能在一些分裂的轨原子中的电子只能在一些分裂的轨道上运行，在每一个轨道上运动电子处道上运行，在每一个轨道上运动电子处于稳定的能量状态。于稳定的能量状态。2.当电子从一个能态轨道向另一个能态轨道跃迁时，当电子从一个能态轨道向另一个能态轨道跃迁时，要发射或吸收光子。要发射或吸收光子。第20页，共38页，编辑于2022年，星期日3.电子在原子中的稳定轨道满足角动量电子在原子中的稳定轨道满足角动量L等于等于 的的整数倍条件。整数倍条件。+-设电子质量：设电子质量：m，带电量，带电量e。力学方程：力学方程：量子化
5、条件：量子化条件：第21页，共38页，编辑于2022年，星期日电子轨道半径：电子轨道半径：玻尔半径：玻尔半径：电子在第电子在第n个轨道上的能量：个轨道上的能量：第22页，共38页，编辑于2022年，星期日将将“量子化条件量子化条件”和和“玻尔半径玻尔半径”代入能量式，得：代入能量式，得：轨道能量：轨道能量：基态能量：基态能量：各能级值：各能级值：各能态：各能态：基态：基态：n=1，第一激发态：，第一激发态：n=2，第二，第二激发态：激发态：n=3，第23页，共38页，编辑于2022年，星期日赖曼系巴尔末系帕邢系布喇开系普芳德系-13.58-3.39-1.51-0.85-0.540En(eV)1
6、2354氢原子能级图氢原子能级图第24页，共38页，编辑于2022年，星期日与里德伯表达式比较：与里德伯表达式比较：电子从高能级向低能级跃迁时放出光子的波数：电子从高能级向低能级跃迁时放出光子的波数：理论值与实验值符合得非常好！理论值与实验值符合得非常好！第25页，共38页，编辑于2022年，星期日例例6.如用能量为如用能量为12.6eV的电子轰击氢原子，将产生那些谱的电子轰击氢原子，将产生那些谱线？线？解解取取 n=3第26页，共38页，编辑于2022年，星期日可能的轨道跃迁：可能的轨道跃迁：31，32，21第27页，共38页，编辑于2022年，星期日15-5 15-5 粒子的波动性粒子的波
7、动性 15-5-1 德布罗意波 1923 1923年，德布罗意第一次提出了实年，德布罗意第一次提出了实物粒子具有波动性观点，以后人们把这物粒子具有波动性观点，以后人们把这种波称为种波称为“德布罗意波德布罗意波”又称又称“物质波物质波”实物粒子和光子一样，也具有波粒二象性。如果实物粒子和光子一样，也具有波粒二象性。如果用能量用能量 和动量和动量 p 来表征实物粒子的粒子性，则可用来表征实物粒子的粒子性，则可用频率频率 和波长和波长 来表示实物粒子的波动性。来表示实物粒子的波动性。第28页，共38页，编辑于2022年，星期日德布罗意关系式：德布罗意关系式：玻尔量子化条件的驻波解释：玻尔量子化条件的
8、驻波解释：第29页，共38页，编辑于2022年，星期日15-5-2 物质波的实验验证 戴维孙、革末实验戴维孙、革末实验 镍晶体电子枪电子束散射线电子探测器015 30 45 60 75 90 50实验结果实验结果：加速电压：加速电压：散射角：散射角：电子束强度极大电子束强度极大 第30页，共38页，编辑于2022年，星期日入射电子束散射电子束晶体表面 如果实验结果是由如果实验结果是由于电子衍射产生的，则于电子衍射产生的，则应满足关系式：应满足关系式：镍单晶原子间距：镍单晶原子间距：取取 ，k=1 第31页，共38页，编辑于2022年，星期日设电子在加速电压作用下的动量为设电子在加速电压作用下的
9、动量为p，质量为，质量为m。电子的德布罗意波长：电子的德布罗意波长：结论：结论：电子的德布罗意波长的理论计算值与实验值相吻合。电子的德布罗意波长的理论计算值与实验值相吻合。第32页，共38页，编辑于2022年，星期日汤姆逊电子衍射实验汤姆逊电子衍射实验电子束电子束金箔金箔屏屏电子枪电子枪600eV的电子束穿过铝箔形成的电的电子束穿过铝箔形成的电子衍射花样。子衍射花样。第33页，共38页，编辑于2022年，星期日例例7.计算计算25时，慢中子的德布罗意波长。时，慢中子的德布罗意波长。解解第34页，共38页，编辑于2022年，星期日15-6 15-6 德布罗意波的统计诠释德布罗意波的统计诠释 不确
10、定关系不确定关系 15-6-1 德布罗意波的统计诠释 1926年，德国物理学家玻恩提出了年，德国物理学家玻恩提出了德布罗意波的统计诠释：德布罗意波的统计诠释：实物粒子的波实物粒子的波是一种几率波，波的强度反映了空间某是一种几率波，波的强度反映了空间某处发现粒子的可能性（概几率）大小处发现粒子的可能性（概几率）大小。右图为电子的双缝衍射照片右图为电子的双缝衍射照片第35页，共38页，编辑于2022年，星期日15-6-2 不确定关系 电子的单缝衍射电子的单缝衍射电子坐标的不电子坐标的不确定量：确定量：电子动量的不确定量：电子动量的不确定量：第36页，共38页，编辑于2022年，星期日不确定原理（不确定关系）：不确定原理（不确定关系）：微观粒子的坐标和动量不可能同时进行准确测定。微观粒子的坐标和动量不可能同时进行准确测定。不确定关系式：不确定关系式：能量和时间的不确定关系：能量和时间的不确定关系：第37页，共38页，编辑于2022年，星期日例例8.根据玻尔的氢原子模型，电子处于基态时的运动根据玻尔的氢原子模型，电子处于基态时的运动轨道半径为轨道半径为 。请问，根据海森伯的不。请问，根据海森伯的不确定原理，这一模型现实吗？确定原理，这一模型现实吗？解解 假设假设 沿半径方向动量的不确定量为沿半径方向动量的不确定量为 第38页，共38页，编辑于2022年，星期日