量子物理基礎(chǔ)講稿

1、量子物理基礎(chǔ)講稿第1頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征僅與溫度有關(guān)。 一、 熱輻射 普朗克的量子假設(shè)固體在溫度升高時(shí)顏色的變化1400K物體輻射總能量及能量按波長(zhǎng)分布都決定于溫度。800K1000K1200K1. 熱輻射現(xiàn)象第2頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四物體在不同溫度下發(fā)出的各種電磁波的能量按波長(zhǎng)的分布隨溫度而不同的電磁輻射熱輻射 黑體輻射 普朗克量子假設(shè)一、熱輻射 絕對(duì)黑體輻射定律單色輻射本領(lǐng)（單色輻出度

2、） 波長(zhǎng)為的單色輻射本領(lǐng)是指單位時(shí)間內(nèi)從物體的單位表面積上發(fā)出的在波長(zhǎng)附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射能量。第3頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四單位時(shí)間內(nèi)，從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射能，稱為物體的輻射出射度，簡(jiǎn)稱輻出度或者輻射本領(lǐng)。輻出度只是物體溫度的函數(shù)。單位：W/m2第4頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 物體在進(jìn)行熱輻射的同時(shí)，也吸收照射到它表面的電磁波。實(shí)驗(yàn)表明：物體的輻射能力和吸收能力均與表面的材料有關(guān)，吸收能力越強(qiáng)的物體，輻射能力也越強(qiáng)，能將照射到它表面的電磁波全部吸收的物體，稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。顯然，黑體輻射電磁波的能力

3、是最強(qiáng)的。 研究黑體輻射對(duì)于了解熱輻射的規(guī)律具有重要的意義。黑體實(shí)際上是不存在的，它是一個(gè)理想模型。第5頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 如果一個(gè)物體能全部吸收投射在它上面的電磁波，這種物體稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。第6頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四測(cè)定黑體單色輻出度的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律PL2B2AL1B1CA為黑體B1PB2為分光系統(tǒng)C為熱電偶第7頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四如果一個(gè)物體能全部吸收投射在它上面的電磁波，這種物體稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K13

4、00K1100K第8頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四1、 斯忒藩玻爾茲曼定律黑體輻射的總輻射本領(lǐng)（輻射出射度）（即曲線下的面積）當(dāng)絕對(duì)黑體的溫度升高時(shí)，單色輻射出射度最大值向短波方向移動(dòng)。2、 維恩位移定律峰值波長(zhǎng)第9頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四維恩位移定律的應(yīng)用（）太陽(yáng)表明溫度的測(cè)量（m=0.47m，T=6166K）（）紅外遙感技術(shù)（T=300K， m=10m）（）3K背景輻射（ m=1mm，T=2.76K）第10頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四實(shí)驗(yàn)值二、普朗克量子假設(shè)瑞利-金斯公式紫外災(zāi)難維恩公式第11頁(yè)，共

5、88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四h普朗克常數(shù)普朗克得到了黑體輻射公式：c 光速k 玻爾茲曼恒量普朗克量子假說(shuō)(1)黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波， 并和周圍的電磁場(chǎng)交換能量。(2) 這些諧振子能量不能連續(xù)變化，只能取一些分立值，是最小能量 的整數(shù)倍,這個(gè)最小能量稱為能量子。第12頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四普朗克得到了黑體輻射公式：h普朗克常數(shù)c 光速k 玻爾茲曼恒量第13頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 M.V.普朗克 研究輻射的量子理論，發(fā)現(xiàn)基本量子，提出能量量子化的假設(shè)1918諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第14頁(yè)

6、，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 光的量子性一、光電效應(yīng) 愛(ài)因斯坦方程的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng) 光照射到金屬表面時(shí)，有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。光電子 逸出的電子。OOOOOOOO光電子由K飛向A，回路中形成光電流。第15頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四光電效應(yīng)伏安特性曲線飽和電流光 強(qiáng) 較 強(qiáng)光 強(qiáng) 較 弱截止電壓實(shí)驗(yàn)規(guī)律1、單位時(shí)間內(nèi)從陰極K逸出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比。2、存在遏止電勢(shì)差CsKWU0第16頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四對(duì)于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于金屬的紅限頻率，則無(wú)論光的強(qiáng)度如何，都不會(huì)產(chǎn)生

7、光電效應(yīng)。(3) 光電效應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論光強(qiáng)如何微弱，只要照射光的頻率高于紅限頻率，從光照射到光電子出現(xiàn)只需要 的時(shí)間。第17頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)光是以光速 c 運(yùn)動(dòng)的微粒流，稱為光量子（光子）光子的能量 金屬中的自由電子吸收一個(gè)光子能量h以后，一部分用于電子從金屬表面逸出所需的逸出功A ，一部分轉(zhuǎn)化為光電子的動(dòng)能。第18頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四3. 從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率 成線性關(guān)系。愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋2. 電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出，

8、 所以無(wú)須時(shí)間的累積。1. 光強(qiáng) (I=Nhv) 大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。第19頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四光的波粒二象性表示粒子特性的物理量波長(zhǎng)、頻率是表示波動(dòng)性的物理量 表示光子不僅具有波動(dòng)性，同時(shí)也具有粒子性，即具有波粒二象性。光子是一種基本粒子，在真空中以光速運(yùn)動(dòng)第20頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四紅外變像管紅外輻射圖像可見(jiàn)光圖像像增強(qiáng)器微弱光學(xué)圖像 高亮度可見(jiàn)光學(xué)圖像測(cè)量波長(zhǎng)在 2001200 nm 極微弱光的功率光電倍增管第21頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例 根據(jù)圖示確定

9、以下各量1、鈉的紅限頻率2、普朗克常數(shù)3、鈉的逸出功解：由愛(ài)因斯坦方程其中截止電壓與入射光頻關(guān)系鈉的截止電壓與入射光頻關(guān)系第22頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四從圖中得出從圖中得出鈉的截止電壓與入射光頻關(guān)系第23頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四普朗克常數(shù)鈉的逸出功鈉的截止電壓與入射光頻關(guān)系第24頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四A.愛(ài)因斯坦 對(duì)現(xiàn)代物理方面的貢獻(xiàn)，特別是闡明光電效應(yīng)的規(guī)律1921諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第25頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)某種金屬，當(dāng)入射光的頻率

10、為2.21015HZ時(shí)，遏止電壓為6.6V；當(dāng)入射光頻率為4.6 1015HZ時(shí)，遏止電壓為16.5V,根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算該金屬的逸出功和普朗克常數(shù)。例、已知一單色光照射到鈉表面時(shí)，測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能為1.2eV，而納的紅限波長(zhǎng)為5400埃，則入射光的波長(zhǎng)為_(kāi)。例、設(shè)用頻率為1和2的兩種單色光，先后照射同一金屬均能產(chǎn)生光電效應(yīng)，已知該金屬的紅限頻率為0，測(cè)得兩次照射時(shí)的遏止電壓Ua1=2Ua2，則這兩種單色光的頻率的關(guān)系為_(kāi)。第26頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、用波長(zhǎng)為的單色光照射某一金屬表面時(shí)，釋放的光電子最大初始動(dòng)能為30eV，用波長(zhǎng)為2的單色光照射同一金

11、屬表面時(shí)，釋放出的光電子的最初始動(dòng)能為10eV，則能引起此金屬表面釋放光電子的最大入射光波長(zhǎng)為多少？ 第27頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、當(dāng)照射光的波長(zhǎng)從4000埃變到3000埃時(shí)，對(duì)同一金屬，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的遏止電壓將：【 】（A）減??； （B）增大；（C）不變； （D）不能確定。例、頻率為100Hz的一個(gè)光子的能量是_，動(dòng)量大小是_。例、光子的波長(zhǎng)為，則其能量為_(kāi)，動(dòng)量大小為_(kāi)，質(zhì)量為_(kāi)。例、求與一個(gè)靜止的電子能量相等的光子的頻率、波長(zhǎng)和動(dòng)量。第28頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例題、一定頻率的單色光照射在某種金屬上，測(cè)得其

12、光電流的曲線如圖中實(shí)線所示，然后，在光的強(qiáng)度保持不變的條件下，增大照射光的頻率，測(cè)得其光電流的曲線如圖中虛線所示，則下列四個(gè)圖中滿足光電效應(yīng)規(guī)律的是： 第29頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四IUIUOOIUOIUO(A)(B)( C )(D)第30頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四二、康普頓效應(yīng) 1922年間康普頓觀察X射線通過(guò)物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射的波長(zhǎng)變長(zhǎng)的現(xiàn)象。X 射線管光闌石墨體（散射物）探測(cè)器第31頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四石墨的康普頓效應(yīng).(a)(b)(c)(d) (埃)0.7000.7501.散射X射

13、線的波長(zhǎng)中有兩個(gè)峰值與散射角有關(guān)3.不同散射物質(zhì)，在同一散射角下波長(zhǎng)的改變相同。4. 波長(zhǎng)為的散射光強(qiáng)度隨散射物質(zhì)原子序數(shù)的增加而減小。第32頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的定性解釋高能光子和低能自由電子作彈性碰撞的結(jié)果。 1、若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子, 光子的能量減少，因此波長(zhǎng)變長(zhǎng)，頻率變低。2、若光子和內(nèi)層電子相碰撞時(shí)，碰撞前后光子能量幾乎不變，故波長(zhǎng)有不變的成分。3、因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。4、原子序數(shù)越大的物質(zhì)，光子與外層電子碰撞的幾率越低，因此，波長(zhǎng)變長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度越小。第

14、33頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四康普頓效應(yīng)的定量分析YXYX（1）碰撞前（2）碰撞后（3）動(dòng)量守恒X碰撞前，電子平均動(dòng)能（約百分之幾eV），與入射的X射線光子的能量（104105eV）相比可忽略，電子可看作靜止的。第34頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四由能量守恒:由動(dòng)量守恒:康普頓散射公式電子的康普頓波長(zhǎng)X第35頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四注意：康普頓效應(yīng)只有在入射波的波長(zhǎng)可與康普頓波長(zhǎng)相比擬時(shí)才比較顯著。從量子力學(xué)的角度來(lái)看，康普頓散射可以分為兩步，而每步又可以采取兩種可能的方式方式：自由電子先整體吸收一個(gè)

15、入射光子，然后再放出一個(gè)散射光子（先吸后放）方式：自由電子先放出一個(gè)散射光子，然后再整體吸收一個(gè)散射光子（先放后吸）每一步都遵守動(dòng)量守恒，當(dāng)然整個(gè)過(guò)程也遵守動(dòng)量守恒。但是，每一步并不遵守能量守恒，但是，整個(gè)過(guò)程遵守能量守恒。第36頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四1927諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)A.H.康普頓 發(fā)現(xiàn)了X射線通過(guò)物質(zhì)散射時(shí)，波長(zhǎng)發(fā)生變化的現(xiàn)象第37頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、在康普頓散射中，如果反沖電子的速度為光速的60，則因散射使電子獲得的能量是其靜止能量的：【 】（A）2倍； （B）1.5倍；（C）0.5倍； （D）0.25倍。

16、例、在900的方向上觀測(cè)康普頓散射，發(fā)現(xiàn)/0=1%，求入射光子的波長(zhǎng)應(yīng)該為多少？例、在X射線散射實(shí)驗(yàn)中，散射角為450和600的散射光波長(zhǎng)改變量之比為1/ 2=_.第38頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、用X射線照射散射物質(zhì)，可以觀察到康普頓效應(yīng)，即在偏離入射光的各個(gè)方向可以觀察到散射光，在這些散射光中【 】（A）只包含與入射光波長(zhǎng)相同的成分。（B）既有與入射光波長(zhǎng)相同的成分，也有波長(zhǎng)變長(zhǎng)的成分，波長(zhǎng)的變化只與散射方向有關(guān)，與散射物質(zhì)無(wú)關(guān)。（C）既有與入射光波長(zhǎng)相同的成分，也有波長(zhǎng)變長(zhǎng)和變短的成分，波長(zhǎng)的變化既與散射方向有關(guān)，也與散射物質(zhì)有關(guān)。（D）只包含波長(zhǎng)變長(zhǎng)的

17、成分，其波長(zhǎng)的變化只與散射物質(zhì)有關(guān)，與散射方向無(wú)關(guān)。第39頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四一. 實(shí)驗(yàn)規(guī)律記錄氫原子光譜原理示意圖 氫原子光譜 玻爾的氫原子理論氫放電管23 kV光闌全息干板 三棱鏡（或光柵）光 源第40頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四第41頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四一、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律譜線是線狀分立的光譜公式R=4/B 里德伯常數(shù) 1.0967758107m-1連續(xù)巴耳末公式第42頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四賴曼系在紫外區(qū)帕邢系在近紅外區(qū)布喇開(kāi)系在紅外區(qū)普芳德系

18、在紅外區(qū)廣義巴耳末公式巴耳末系在可見(jiàn)光區(qū)第43頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四氫原子光譜的巴耳末線系656.3 nm486.1 nm434.1 nm410.2 nm364.6 nm第44頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四盧瑟福 (E.Rufherford， 18711937) 英國(guó)物理學(xué)家. 1899年發(fā)現(xiàn)鈾鹽放射出、射線，提出天然放射性元素的衰變理論和定律. 根據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的有核模型，把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，因而被譽(yù)為原子物理之父第45頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 盧瑟福的原子有核模型（

19、行星模型） 原子的中心有一帶正電的原子核 ，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，電子圍繞這個(gè)核旋轉(zhuǎn)，核的尺寸與整個(gè)原子相比是很小的.第46頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四二 氫原子的玻爾理論 1 經(jīng)典有核模型的困難 根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，作加速運(yùn)動(dòng)的電子將不斷向外輻射電磁波. 第47頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 原子不斷向外輻射能量，能量逐漸減小，電子旋轉(zhuǎn)的頻率也逐漸改變，發(fā)射光譜應(yīng)是連續(xù)譜； 由于原子總能量減小，電子將逐漸的接近原子核而后相遇，原子不穩(wěn)定.第48頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四玻 爾

20、 (Bohr . Niels 18851962) 丹麥理論物理學(xué)家，現(xiàn)代物理學(xué)的創(chuàng)始人之一.在盧瑟福原子有核模型基礎(chǔ)上提出了關(guān)于原子穩(wěn)定性和量子躍遷理論的三條假設(shè)，從而完滿地解釋了氫原子光譜的規(guī)律.1922年玻爾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).第49頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四第50頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四二、玻爾氫原子理論玻爾原子理論的三個(gè)基本假設(shè)：1、定態(tài)假設(shè) 原子系統(tǒng)存在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)，處于這些狀態(tài)的原子中電子只能在一定的軌道上繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，但不輻射能量。這些狀態(tài)稱為穩(wěn)定狀態(tài)，簡(jiǎn)稱定態(tài)。對(duì)應(yīng)的能量E1 ,E2 ,E3是不連續(xù)的。

21、+E1E3 第51頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四2、頻率假設(shè) 原子從一較大能量En的定態(tài)向另一較低能量Ek的定態(tài)躍遷時(shí)，輻射一個(gè)光子 躍遷頻率條件原子從較低能量Ek的定態(tài)向較大能量En的定態(tài)躍遷時(shí)，吸收一個(gè)光子 EfEi發(fā)射吸收第52頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四3、軌道角動(dòng)量量子化假設(shè)軌道量子化條件n=1,2,3,4為正整數(shù)，稱為量子數(shù)第53頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四基本假設(shè)應(yīng)用于氫原子：(1)軌道半徑量子化第一玻爾軌道半徑+ rn第54頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四(2)能量

22、量子化和原子能級(jí)基態(tài)能級(jí)激發(fā)態(tài)能級(jí)氫原子的電離能第55頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 氫原子能級(jí)躍遷與光譜圖萊曼系巴耳末系布拉開(kāi)系帕邢系-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n=第56頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四(3)氫原子光譜氫原子發(fā)光機(jī)制是能級(jí)間的躍遷R理論里德伯常數(shù)1.097373107m-1R實(shí)驗(yàn)=1.096776107m-1第57頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四氫原子光譜中的不同譜線6562.794861.334340.474

23、101.741215.681025.83972.5418.7540.50賴曼系巴耳末系帕邢系布喇開(kāi)系連續(xù)區(qū) 第58頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 (1)正確地指出原子能級(jí)的存在(原子能量量子化).三 氫原子玻爾理論的成功之處和缺陷1 成功之處 (3)正確地解釋了氫原子及類氫離子光譜規(guī)律. (2)正確地指出定態(tài)和角動(dòng)量量子化的概念.第59頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 (3)對(duì)譜線的強(qiáng)度、寬度、偏振等一系列問(wèn)題無(wú)法處理，無(wú)法解釋光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。 (4)半經(jīng)典半量子理論,既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.2

24、缺陷 (1)無(wú)法解釋比氫原子更復(fù)雜的原子. (2)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)視為有確定的軌道.第60頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四N.玻爾研究原子結(jié)構(gòu)，特別是研究從原子發(fā)出的輻射1922諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第61頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例 試計(jì)算氫原子中巴耳末系的最短波長(zhǎng) 和最長(zhǎng)波長(zhǎng)各是多少？解：根據(jù)巴耳末系的波長(zhǎng)公式，其最長(zhǎng)波長(zhǎng)應(yīng)是n=3n=2躍遷的光子，即最短波長(zhǎng)應(yīng)是n=n=2躍遷的光子，即第62頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例（1）將一個(gè)氫原子從基態(tài)激發(fā)到n=4的激發(fā)態(tài)需要多少能量？（2）大量處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原

25、子可發(fā)出多少條譜線？其中多少條可見(jiàn)光譜線，其光波波長(zhǎng)各多少？解：（1）（2）在某一瞬時(shí)，一個(gè)氫原子只能發(fā)射與某一譜線相應(yīng)的一定頻率的一個(gè)光子，在一段時(shí)間內(nèi)可以發(fā)出的譜線躍遷如圖所示，共有6條譜線。第63頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四由圖可知，可見(jiàn)光的譜線為n=4和n=3躍遷到n=2的兩條第64頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、根據(jù)玻爾氫原子理論，帕邢線系中譜線最小波長(zhǎng)與最大波長(zhǎng)之比為_(kāi)。例、一個(gè)氫原子處于n=3的狀態(tài)，那末該氫原子：【 】（A）可以吸收一個(gè)紅外光子；（B）可以發(fā)射一個(gè)紅外光子；（C）既可以吸收也可以發(fā)射一個(gè)紅外光子；（D）

26、既不能吸收也不能發(fā)射一個(gè)紅外光子。第65頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、處于基態(tài)的氫原子被外來(lái)的單色光激發(fā)后可以發(fā)出的光僅有三條譜線，問(wèn)此外來(lái)光的頻率為多少？例、氫原子的巴爾末線系中，有一條光譜線的波長(zhǎng)為4340埃，求：（1）與這一譜線相對(duì)應(yīng)的光子能量是多少電子伏特？（2）該譜線是氫原子從能級(jí)En躍遷到能級(jí)Ek產(chǎn)生的，則n和k分別是多少？（3）最高能級(jí)為E5的大量氫原子，最多可以發(fā)射幾個(gè)線系？共多少條譜線？波長(zhǎng)最短的是哪一條？第66頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、根據(jù)玻爾的氫原子理論，若大量氫原子處于n=5的激發(fā)態(tài)，則躍遷發(fā)射的不同譜

27、線可以有_條，其中屬于紫外線有_條，屬于可見(jiàn)光的有_條，屬于紅外線的有_條。例、已知將氫原子從基態(tài)激發(fā)某一定態(tài)所需的能量為10.19ev，若氫原子從是從能量為-0.85ev的狀態(tài)躍遷到上述的定態(tài)時(shí)，所發(fā)射的光子能量為：【 】（）2.56ev； （B）3.41ev；（C）4.25ev； （D）9.95ev。第67頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四16-4 粒子的波動(dòng)性一、德布羅意波德布羅意從對(duì)稱性的角度提出了物質(zhì)波的假設(shè)： 任何運(yùn)動(dòng)的粒子皆伴隨著一個(gè)波，粒子的運(yùn)動(dòng)和波的傳播不能相互分離，即任何運(yùn)動(dòng)粒子都具有波粒二象性。 運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子的能量E、動(dòng)量p與它相關(guān)聯(lián)的波的頻率

28、和波長(zhǎng)之間滿足如下關(guān)系： 德布羅意關(guān)系式表示自由粒子的平面波稱為德布羅意波(或物質(zhì)波)第68頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四自由粒子速度較小時(shí)電子的德布羅意波長(zhǎng)為例如：電子經(jīng)加速電勢(shì)差 V加速后第69頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1927年戴維孫和革末用加速后的電子投射到晶體上進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)。GK狹縫電流計(jì)鎳集電器U電子束單晶第70頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四衍射最大值：電子的波長(zhǎng)：5102015250I電流出現(xiàn)峰值戴維孫革末實(shí)驗(yàn)中第71頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星

29、期四 1927年，湯姆孫作了如圖所示的電子衍射實(shí)驗(yàn)，讓電子束穿過(guò)多晶膜，在感光片上獲得了與X射線通過(guò)多晶膜產(chǎn)生的衍射圖樣及其相似的衍射圖樣。這說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的電子也具有波動(dòng)性，后來(lái)進(jìn)一步作了質(zhì)子、原子、分子等微觀粒子的衍射實(shí)驗(yàn)，證明這些運(yùn)動(dòng)粒子也具有波動(dòng)性。多晶膜第72頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四二、德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋 1926年，德國(guó)物理學(xué)玻恩 (Born , 1882-1972) 提出了概率波，認(rèn)為個(gè)別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。第73頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四L.V.

30、德布羅意 電子波動(dòng)性的理論研究1929諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第74頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四C.J.戴維孫 通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體對(duì)電子的衍射作用1937諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第75頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四 M.玻恩 對(duì)量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究，特別是量子力學(xué)中波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋1954諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第76頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、質(zhì)量為m、電量為e的電子由靜止開(kāi)始通過(guò)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后的德布羅意波長(zhǎng)為。例、如果兩種不同質(zhì)量的微觀粒子，其德布羅意波長(zhǎng)相同，則這兩種粒子的：【 】（A）動(dòng)量相同； （B）能量相同；（C）速度相同； （D）動(dòng)能相同。例、若中子的德布羅意波長(zhǎng)為，則其動(dòng)量為_(kāi)，動(dòng)能為_(kāi)。第77頁(yè)，共88頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)12分，星期四例、假如電子的運(yùn)動(dòng)速度可與光速相比擬，則當(dāng)電子的動(dòng)能等于