大學(xué)物理28量子物理

1、 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) Compton Effect 理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理普朗克普朗克能量子假說(shuō)能量子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦光量子、愛(ài)因斯坦光量子假說(shuō)假說(shuō)（一）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)定律（一）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)定律2 2、維恩位移定律維恩位移定律 Wien Displacement LawT m = b b = 2.89775610-3 mK1 1、斯特藩斯特藩- -玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律 Stefan Boltzmann LawM (T ) = T 4 = 5.67 10 -8 W/m2K4MB (T) 2200K2000K

2、1800K1600K m 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) Compton Effect 理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理普朗克普朗克能量子假說(shuō)能量子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦光量子、愛(ài)因斯坦光量子假說(shuō)假說(shuō)（二）普朗克能量子假說(shuō)（二）普朗克能量子假說(shuō) 輻射黑體中分子和原子的振動(dòng)可視為線性諧振子，這些線輻射黑體中分子和原子的振動(dòng)可視為線性諧振子，這些線性諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。性諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。這些諧振子只能處于某些分這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)下，諧振子的能量不能取任意值，只能立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)下，諧振子的能量

3、不能取任意值，只能是某一最小能量是某一最小能量 的整數(shù)倍的整數(shù)倍對(duì)頻率為對(duì)頻率為 的的諧振子諧振子, 最小能量最小能量(能量子能量子) 為為: ,4,3,2,nn為整數(shù)，為整數(shù)，稱為稱為量子量子數(shù)數(shù)h 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) Compton Effect 理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理普朗克普朗克能量子假說(shuō)能量子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦光量子、愛(ài)因斯坦光量子假說(shuō)假說(shuō)（三）愛(ài)因斯坦光量子假說(shuō)（三）愛(ài)因斯坦光量子假說(shuō)1 1、一束光是一束光是一束以光速一束以光速 C C 運(yùn)動(dòng)的粒子流運(yùn)動(dòng)的粒子流， 這些粒子稱為這些粒子稱為光量子（光子）

4、光量子（光子）Photon 對(duì)于頻率為對(duì)于頻率為 的單色光的單色光, ,每個(gè)光子的能量每個(gè)光子的能量: :hWmVhm221W ：逸出功逸出功當(dāng)當(dāng)頻率為頻率為 光照射金屬時(shí)，光照射金屬時(shí)，一個(gè)電子一個(gè)電子整體只吸收一個(gè)光子整體只吸收一個(gè)光子根據(jù)根據(jù)能量守恒能量守恒: :2 2、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程紅限頻率紅限頻率: :hW 02max21mkmVEoeU遏止遏止( (截止截止) )電勢(shì)差電勢(shì)差 Uo o: : 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) Compton Effect 理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理普朗克普

5、朗克能量子假說(shuō)能量子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦光量子、愛(ài)因斯坦光量子假說(shuō)假說(shuō)3 3、光的波粒二象性光的波粒二象性 00m光子靜止質(zhì)量光子靜止質(zhì)量: :nehp光子的能量：光子的能量：cmpcch2chhp 2 2）光）光具有具有“波粒二象性波粒二象性”A)A)在有些情況在有些情況( (干涉、衍射、偏振等干涉、衍射、偏振等) )下，光顯示出波動(dòng)性下，光顯示出波動(dòng)性B)B)在另一些情況下在另一些情況下( (熱輻射、光電效應(yīng)等熱輻射、光電效應(yīng)等),),顯示出粒子性顯示出粒子性1 1）光子的能量、質(zhì)量與動(dòng)量）光子的能量、質(zhì)量與動(dòng)量光子的動(dòng)量：光子的動(dòng)量：h2cm2chm 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-3 康普頓效應(yīng)康普

6、頓效應(yīng) Compton Effect 理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理普朗克普朗克能量子假說(shuō)能量子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦光量子、愛(ài)因斯坦光量子假說(shuō)假說(shuō)（四）康普頓效應(yīng)（四）康普頓效應(yīng)碰撞過(guò)程中碰撞過(guò)程中能量守恒能量守恒2200mchcmhVmechechn00消去消去 與與V 可得可得, 散射使波長(zhǎng)的偏移量為散射使波長(zhǎng)的偏移量為: :)cos1(cnmmcmhc00243. 010432120)cos1 (00cmh電子電子的的康普頓波長(zhǎng)康普頓波長(zhǎng): :碰撞過(guò)程中碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒動(dòng)量守恒nech Vm e00ech 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻

7、爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理二、二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,A4340.50gH,A4861.30 bH,A6562.80aH1、氫原子光譜是彼此分裂的線狀光譜，、氫原子光譜是彼此分裂的線狀光譜， 每一條譜線具有確定的波長(zhǎng)（或頻率）每一條譜線具有確定的波長(zhǎng)（或頻率）,422nnBnmB47.3652、巴爾末公式、巴爾末公式 當(dāng)當(dāng)n=3, 4, 5, .時(shí)，分別為時(shí)，分別為Ha a , Hb b , Hg g , .等譜線的波長(zhǎng)等譜線的波長(zhǎng)18851885年，瑞士中學(xué)教師年，瑞士中學(xué)教師 巴爾末巴爾末J.J

8、.BalmerJ.J.Balmer (1825-1898) (1825-1898) 發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜在發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜在可見(jiàn)光部分可見(jiàn)光部分的規(guī)律的規(guī)律. . 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理二、二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2、巴爾末公式、巴爾末公式,422nnBnmB47.365當(dāng)當(dāng)n=3, 4, 5, .時(shí)，分別為時(shí)，分別為Ha a , Hb b , Hg g , .等譜線的波長(zhǎng)等譜線的波長(zhǎng))121(422nBcc)121()121(412222nRnBH1令：令：稱為

9、稱為波數(shù)波數(shù)即單位長(zhǎng)度內(nèi)完整波的個(gè)數(shù)即單位長(zhǎng)度內(nèi)完整波的個(gè)數(shù)里德伯常數(shù)里德伯常數(shù)171009737311mRH 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理二、二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3、里德伯公式、里德伯公式(1890), 4 , 3, )121(22nnRH巴爾末系巴爾末系( (可見(jiàn)光可見(jiàn)光) ), 6 , 5, )141(22nnRH布拉開(kāi)系布拉開(kāi)系( (紅外光紅外光) ) F. Brackett 1922 F. Brackett 1922萊曼系萊曼系(紫外光紫外光) T.

10、Lyman 1914, 3, 2, )111(22nnRH, 5 , 4, )131(22nnRH帕邢系帕邢系( (紅外光紅外光) ) F. Paschen 1908, 7 , 6, )151(22nnRH普豐德系普豐德系( (紅外光紅外光) ) H.A. Pfund 1924 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理二、二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3、里德伯公式、里德伯公式171009737311mRH)11(22nkRH2, , 1, 3,2, 1kknkJanne Rydbe

11、rg18541919 氫原子光譜的普遍公式氫原子光譜的普遍公式4、里茲并合原理、里茲并合原理其他原子，每一條譜線的波數(shù)都可以表示為兩項(xiàng)之差其他原子，每一條譜線的波數(shù)都可以表示為兩項(xiàng)之差knnTkT),()(1)(kT)(nT或或就被稱為就被稱為光譜項(xiàng)光譜項(xiàng)Walter Ritz1878-1909 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理定態(tài)假設(shè)定態(tài)假設(shè) 原子中的電子只能在一些半徑不連續(xù)的軌道上作圓周運(yùn)動(dòng)。 在這些軌道上運(yùn)動(dòng)的電子不輻射（或吸收）能量而處于穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。 相應(yīng)的軌道稱為定態(tài)軌道

12、玻爾的氫原子理論的三個(gè)重要假設(shè)1)定態(tài)假設(shè)；定態(tài)假設(shè)；2)量子化條件假設(shè)；量子化條件假設(shè)；3)頻率條件假設(shè)頻率條件假設(shè) E1 E2 E3 與定態(tài)相應(yīng)的能量與定態(tài)相應(yīng)的能量（能級(jí)）（能級(jí)） 分別為分別為 ： E1，E2 ，E3 E2E1E3 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理玻爾的氫原子理論的三個(gè)重要假設(shè)1)定態(tài)假設(shè)；定態(tài)假設(shè)；2)量子化條件假設(shè)；量子化條件假設(shè)；3)頻率條件假設(shè)頻率條件假設(shè)角動(dòng)量量子化條件假設(shè)角動(dòng)量量子化條件假設(shè) 在定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的電子，其角動(dòng)量只能取 h / (2p) 的整

13、數(shù)倍，即稱為 角動(dòng)量量子化條件m rv2hnrmLv為主量子數(shù), 3 , 2, 1n 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理玻爾的氫原子理論的三個(gè)重要假設(shè)1)定態(tài)假設(shè)；定態(tài)假設(shè)；2)量子化條件假設(shè)；量子化條件假設(shè)；3)頻率條件假設(shè)頻率條件假設(shè) EnEk頻率條件假設(shè)頻率條件假設(shè)則發(fā)射或吸收光子的頻率為：稱為 玻爾的頻率條件 電子從某一定態(tài)向另一定態(tài)躍遷時(shí)將發(fā)射（或吸收）光子。 若初態(tài)和終態(tài)的能量分別為 Ek 和 EnhEEknkn 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院

14、物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理3、氫原子軌道半徑的計(jì)算、氫原子軌道半徑的計(jì)算,2phnmVr 由由量子化條件量子化條件及及牛頓定律牛頓定律：, 42202rmVrep3 ,2, 1n軌道量子化軌道量子化, 1n 12rnrn2202mehnrnp角動(dòng)量量子化角動(dòng)量量子化庫(kù)侖力庫(kù)侖力=向心力向心力玻爾半徑玻爾半徑0111A530 1035mrr14r19r116r1mvrn=4n=3n=2n=1nnremV0228 21p 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量

15、子物理4、能量的計(jì)算、能量的計(jì)算 電子在量子數(shù)為電子在量子數(shù)為n的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子系統(tǒng)總能量是：原子系統(tǒng)總能量是： eVn613E, 11 時(shí)基態(tài)能量基態(tài)能量:21nEEn 421022nnnremVEp2220418nhmeEn,3,2,1n E1 E2 E3 EnrnvmnnremV0228 21p2202mehnrnp這種這種量子化的能量量子化的能量稱為稱為能級(jí)能級(jí)與量子力學(xué)的結(jié)論一致與量子力學(xué)的結(jié)論一致 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理5、 氫原子光譜的理論解釋氫

16、原子光譜的理論解釋)11(8223204nkchmekn1732041009737318mchmeRH從其它能級(jí)到同一能級(jí)的躍從其它能級(jí)到同一能級(jí)的躍遷屬于同一譜線系。遷屬于同一譜線系。-13.6eV13.6eV-3.39eV-3.39eV-1.5eV-1.5eV-0.85eV-0.85eV2204281hmenEnhEEknkn1 n2345 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理四、四、玻爾理論意義與局限性玻爾理論意義與局限性1、玻爾的貢獻(xiàn)玻爾的貢獻(xiàn) 玻爾關(guān)于玻爾關(guān)于“定態(tài)定態(tài)” 和和“能級(jí)

17、躍遷決定譜線頻率能級(jí)躍遷決定譜線頻率”的假設(shè)是兩個(gè)重要的基本概念，在量子力學(xué)理論中占的假設(shè)是兩個(gè)重要的基本概念，在量子力學(xué)理論中占有重要的地位。有重要的地位。1 1）正確地指出正確地指出原子能級(jí)原子能級(jí)的存在（原子能量量子化）；的存在（原子能量量子化）；2 2）正確地指出正確地指出定態(tài)定態(tài)和和角動(dòng)量量子化角動(dòng)量量子化的概念；的概念；3 3）正確的解釋了氫原子及類氫離子（單電子）光譜；正確的解釋了氫原子及類氫離子（單電子）光譜； 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理四、四、玻爾理論意義與局限性玻

18、爾理論意義與局限性2、玻爾理論的局限性、玻爾理論的局限性1 1）對(duì)稍復(fù)雜的原子光譜，定性、定量都不能解釋；對(duì)稍復(fù)雜的原子光譜，定性、定量都不能解釋；2 2）對(duì)氫原子譜線的強(qiáng)度、寬度、偏振等問(wèn)題無(wú)法處理；對(duì)氫原子譜線的強(qiáng)度、寬度、偏振等問(wèn)題無(wú)法處理；4 4）是是半半經(jīng)典經(jīng)典半半量子量子理論，玻爾理論的出發(fā)點(diǎn)是經(jīng)典力學(xué)，理論，玻爾理論的出發(fā)點(diǎn)是經(jīng)典力學(xué)， 又加上一些與經(jīng)典理論不相容的量子化條件來(lái)限定穩(wěn)又加上一些與經(jīng)典理論不相容的量子化條件來(lái)限定穩(wěn) 定狀態(tài)，這些條件又不能從經(jīng)典理論中給出解釋，定狀態(tài)，這些條件又不能從經(jīng)典理論中給出解釋， 是一種不自洽的理論。即把微觀粒子看成是遵守經(jīng)典是一種不自洽的理

19、論。即把微觀粒子看成是遵守經(jīng)典 力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)，又賦予它們量子化的特征。力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)，又賦予它們量子化的特征。 這本身就決定了理論本身的局限性這本身就決定了理論本身的局限性3 3）把微觀粒子的運(yùn)動(dòng)視為有確定的把微觀粒子的運(yùn)動(dòng)視為有確定的軌道軌道是不正確的；是不正確的； 大學(xué)物理大學(xué)物理 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理四、四、玻爾理論意義與局限性玻爾理論意義與局限性“ 新出現(xiàn)的障礙只能用十分新穎的思想去克服 ”玻爾電子沿圓形“軌道”繞核運(yùn)動(dòng)的行星模型，無(wú)任何已知的方法能夠驗(yàn)證。用經(jīng)典力學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的 “

20、軌道” 概念去描述原子系統(tǒng)中電子的行為，符合微觀粒子的運(yùn)動(dòng)客觀規(guī)律嗎年輕的法國(guó)物理學(xué)家路易 德布羅意終于邁出了新的一步大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理 1923年, 提出電子既具有粒子性又具有波動(dòng)性, 1924年在他的博士論文關(guān)于量子理論的研究中提出把粒子性和波動(dòng)性統(tǒng)一起來(lái)。為量子力學(xué)的建立提供了物理基礎(chǔ)。他的論述被愛(ài)因斯坦譽(yù)為 “揭開(kāi)了巨大面罩的一角”。德布羅意為此獲得1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。大學(xué)

21、物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理15-615-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性一、一、背景背景 1 1、Planck-EinsteinPlanck-Einstein光量子理論光量子理論 量子理論量子理論是首先在黑體輻射問(wèn)題上突破的是首先在黑體輻射問(wèn)題上突破的, ,PlanckPlanck提出了提出了量子的概念；量子的概念；EinsteinEinstein利用量子假設(shè)提出了光量子的

22、概念，利用量子假設(shè)提出了光量子的概念，從而解決了光電效應(yīng)的問(wèn)題；光量子概念在從而解決了光電效應(yīng)的問(wèn)題；光量子概念在ComptonCompton散射實(shí)驗(yàn)散射實(shí)驗(yàn)中得到了直接的驗(yàn)證。中得到了直接的驗(yàn)證。2 2、BohrBohr的量子論的量子論 BohrBohr把把Planck-EinsteinPlanck-Einstein的量子概念創(chuàng)造性的用來(lái)解決原的量子概念創(chuàng)造性的用來(lái)解決原子結(jié)構(gòu)和原子光譜的問(wèn)題子結(jié)構(gòu)和原子光譜的問(wèn)題, ,成功地解釋了氫原子光譜。成功地解釋了氫原子光譜。3 3、X X射線的雙重本質(zhì)射線的雙重本質(zhì) “同我同我( (Louis Victor de Broglie)哥哥進(jìn)行的這些長(zhǎng)期

23、討論哥哥進(jìn)行的這些長(zhǎng)期討論對(duì)我非常有益，這些討論使我深深考慮將波的觀點(diǎn)和粒子的觀對(duì)我非常有益，這些討論使我深深考慮將波的觀點(diǎn)和粒子的觀點(diǎn)必須綜合在一起的必要性點(diǎn)必須綜合在一起的必要性”大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理 “整個(gè)世紀(jì)以來(lái)，在輻射理論上，比起波動(dòng)的研究方法來(lái)，整個(gè)世紀(jì)以來(lái)，在輻射理論上，比起波動(dòng)的研究方法來(lái)，是過(guò)于忽略了粒子的研究方法；是過(guò)于忽略了粒子的研究方法； 在實(shí)物理論上，是否發(fā)生了相

24、在實(shí)物理論上，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢反的錯(cuò)誤呢 ？ 是不是我們關(guān)于是不是我們關(guān)于粒子粒子的圖像想得太多，而過(guò)的圖像想得太多，而過(guò)分地忽略了波的圖像呢？分地忽略了波的圖像呢？” “我不能記起它產(chǎn)生的確切日期，但它的確是產(chǎn)生于我不能記起它產(chǎn)生的確切日期，但它的確是產(chǎn)生于1923的的夏天夏天那時(shí)，我突然有一個(gè)想法，即把波粒二象性擴(kuò)展到物質(zhì)粒那時(shí)，我突然有一個(gè)想法，即把波粒二象性擴(kuò)展到物質(zhì)粒子，特別是電子上去子，特別是電子上去” hmcE2hmVp這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波德布羅意波或或物質(zhì)波物質(zhì)波 。二、二、德布羅意假設(shè)德布羅意假設(shè)(重點(diǎn)重點(diǎn))PEh 1924

25、年年 ，青年博士研究生，青年博士研究生德布羅意德布羅意 Louis de Broglie，在在Planck-EinsteinPlanck-Einstein光量子論和光量子論和BohrBohr原子論的啟發(fā)下，仔細(xì)分析了原子論的啟發(fā)下，仔細(xì)分析了光的微粒說(shuō)與波動(dòng)說(shuō)的發(fā)展歷史，并注意到幾何光學(xué)與經(jīng)典粒光的微粒說(shuō)與波動(dòng)說(shuō)的發(fā)展歷史，并注意到幾何光學(xué)與經(jīng)典粒子力學(xué)的相似性，根據(jù)類比的方法，提出：子力學(xué)的相似性，根據(jù)類比的方法，提出：德布羅意假設(shè)：德布羅意假設(shè)： 不僅光具有波粒二象性，一切實(shí)物粒子不僅光具有波粒二象性，一切實(shí)物粒子(電子、原子、分子電子、原子、分子等等)也都具有波粒二象性也都具有波粒二象性

26、; 具有確定具有確定動(dòng)量動(dòng)量 P 和確定和確定能量能量 E 的實(shí)物粒的實(shí)物粒子相當(dāng)于子相當(dāng)于頻率頻率為為 和和波長(zhǎng)波長(zhǎng)為為 的波的波, 滿足：滿足：大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理三、三、德布羅意波長(zhǎng)德布羅意波長(zhǎng)hmVp201bmm則：如果, cvhmcE2hmVp大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of

27、Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理例例1：計(jì)算經(jīng)過(guò)電勢(shì)差計(jì)算經(jīng)過(guò)電勢(shì)差 U1 =100 V 和和 U2 =104 V 加速的電子的德加速的電子的德布羅意波長(zhǎng)布羅意波長(zhǎng)（不考慮相對(duì)論效應(yīng)不考慮相對(duì)論效應(yīng)）。,2120eUVmEVmhphonmUUemho225. 12nmVUnmVU01225. 0100001225. 010021與與 X 射線波長(zhǎng)的射線波長(zhǎng)的 數(shù)量級(jí)相當(dāng)數(shù)量級(jí)相當(dāng) 1923年，年，德布羅意提出了作德布羅意提出了作電子衍射實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn)的設(shè)想；的設(shè)想； 1924年，年，又提出用電子又提出用電子在晶體上作衍射實(shí)驗(yàn)在晶體上作

28、衍射實(shí)驗(yàn)的想法。的想法。 “在一定情形中，任一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)能夠被衍射穿過(guò)一在一定情形中，任一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)能夠被衍射穿過(guò)一個(gè)相當(dāng)小的開(kāi)孔的電子群會(huì)表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象正是在這一個(gè)相當(dāng)小的開(kāi)孔的電子群會(huì)表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象正是在這一方面，有可能尋得我們觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面，有可能尋得我們觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理討論討論 一顆子彈、一個(gè)足球一顆子彈、一個(gè)足球有沒(méi)有波動(dòng)性呢？有沒(méi)有波動(dòng)性呢？大學(xué)物理大學(xué)物理

29、 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理例例2：電子靜止質(zhì)量電子靜止質(zhì)量 m0=9.110-31kg，以以V = 6.0 106m/s 速率運(yùn)動(dòng)速率運(yùn)動(dòng);質(zhì)量質(zhì)量 m = 40 g的子彈，以的子彈，以 V = 1.0 103 m/s的速率運(yùn)動(dòng)（的速率運(yùn)動(dòng)（書(shū)書(shū)15-27(1)） 試比較電子與子彈的試比較電子與子彈的De Broglie波長(zhǎng)波長(zhǎng)。解：解：電子和電子和子彈子彈的的De BroglieDe Broglie波長(zhǎng)分別為

30、波長(zhǎng)分別為Vmhe063134106101 . 91063. 6m102 . 110m1066. 1100 . 110401063. 6353334mVh子彈 電子的電子的De BroglieDe Broglie波長(zhǎng)與波長(zhǎng)與 X 射線接近，其射線接近，其波動(dòng)性不能忽略波動(dòng)性不能忽略; ; 而子彈的而子彈的De Broglie波長(zhǎng)波長(zhǎng)小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度( (人人、足球、足球的波長(zhǎng)也是如此的波長(zhǎng)也是如此) )。 “宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性”大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle

31、 Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理 電子束在晶體表面散射實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到了和電子束在晶體表面散射實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到了和X射線在晶體射線在晶體表面衍射相類似的衍射現(xiàn)象表面衍射相類似的衍射現(xiàn)象BraggBragg晶體衍射晶體衍射，從而證實(shí)了，從而證實(shí)了電子具有波動(dòng)性。電子具有波動(dòng)性。KDUM鎳單晶鎳單晶BG1 、戴維孫、戴維孫（C. J. Davisson）革末革末（L. H. Germer）實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)（1927）德布羅意假設(shè)的實(shí)驗(yàn)證明德布羅意假設(shè)的實(shí)驗(yàn)證明大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物

32、粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理電子衍射實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn)多晶多晶 鋁鋁 箔箔2、湯姆遜、湯姆遜（George Paget Thomsson） （1927） 1927年，G.P.湯姆孫等令一電子束通過(guò)薄鋁箔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同X射線一樣，也能得到清晰的電子衍射圖樣。X射線衍射電子衍射大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第

33、1515章章 量子物理量子物理 電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實(shí)驗(yàn)圖象電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實(shí)驗(yàn)圖象3、約恩遜、約恩遜（C. Jonsson）（1960）單縫衍射單縫衍射雙縫衍射雙縫衍射三縫衍射三縫衍射四縫衍射四縫衍射大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理19291929年，年，德布羅意德布羅意獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；19371937年，年，戴維遜戴維遜 與與 G.P.G.P.湯姆遜獲諾

34、貝爾物理獎(jiǎng)。湯姆遜獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。G.P.G.P.湯姆遜湯姆遜戴維遜戴維遜大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理電子顯微鏡電子顯微鏡 (Electron Microscope,EM)

35、(Electron Microscope,EM) 電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。倍數(shù)下成像的儀器。電子顯微鏡直接放電子顯微鏡直接放大倍數(shù)可達(dá)大倍數(shù)可達(dá)百萬(wàn)百萬(wàn)倍左右倍左右, ,分辨本領(lǐng)約分辨本領(lǐng)約0.1nm0.1nm, ,用它可以看到用它可以看到病毒、單個(gè)分子以病毒、單個(gè)分子以及金屬材料的晶格結(jié)構(gòu)及金屬材料的晶格結(jié)構(gòu)等。等。 目前，最常用的電子顯微鏡有目前，最常用的電子顯微鏡有透射電透射電子顯微鏡子顯微鏡(TEM

36、)(TEM)和和掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM)(SEM)，根據(jù)不同的成像原理根據(jù)不同的成像原理, ,有發(fā)射式電子顯微有發(fā)射式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡、鏡式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡、鏡式電子顯微鏡等各種類型。各式電子顯微鏡廣泛地鏡等各種類型。各式電子顯微鏡廣泛地應(yīng)用于金屬物理學(xué)、高分子化學(xué)、微電應(yīng)用于金屬物理學(xué)、高分子化學(xué)、微電子學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等子學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。各個(gè)領(lǐng)域。大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理大學(xué)物理大學(xué)物理 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性 Wave - Particle Dualism of Matter理學(xué)院物理系 王 強(qiáng)2022年3月7日星期一第第1515章章 量子物理量子物理魯斯卡魯斯卡羅赫爾羅赫爾賓尼格賓尼格BinnigBinnig、RohrerRohrer和和RuskaRuska三人分享了三人分享了 1986