量子物理基礎(chǔ)入門

量子物理基礎(chǔ)入門第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四19世紀(jì)末，物理學(xué)晴朗的天空飄著幾朵烏云——物理學(xué)面臨嚴(yán)重的危機!黑體輻射光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)氫原子光譜實驗規(guī)律

…...第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四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(xué)說第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四§24—1普朗克量子假說一、黑體輻射的實驗規(guī)律TceT41)(0-ll=、)(0Te、ll瑞利—金斯公式紫外災(zāi)難！維恩公式TcTecel--ll=352)(0、單色輻射本領(lǐng)瑞利—金斯公式維恩公式第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四二、普朗克公式（1900年12月14日——柏林科學(xué)院）11252),(0-lp=l-lkThcTehce)(0Te、ll奇跡般完全符合實驗規(guī)律！普朗克恒量sjh.×=-3410636.第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四三、普朗克量子假說1、（諧振子）能量狀態(tài)是量子化的。)1,2,(n

n

,2

,000LLLL=eee2、不同型式的輻射，每一小份能量是不同的。n=eh0nμe0§24—3愛因斯坦的光子學(xué)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年獲諾貝爾獎第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四n=eh0=ecm20光T不同頻率的光子，具有不同的能量。光的波粒二象性hl=nh=ce=cc20=cmP光§24—4康普頓效應(yīng)（1923）一、X射線的散射光子學(xué)說很好地解釋了光電效應(yīng)。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(yīng)。2cmh光=n’>n

==lccT第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四二、康普頓散射的實驗規(guī)律：

1、散射線波長的改變量

=’—

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。入射X光散射X光散射角第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四三、康普頓效應(yīng)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n

==lccT如何解釋實驗規(guī)律？n=lc

頻率為的X射線，是能量為

=h

的光子流第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四康普頓散射公式：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''n=eh2mcvmr'''nhPrrl=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(yīng)給我們什么啟示？思考:(1)觀察‘光電效應(yīng)’時能否見到康普頓效應(yīng)？1927年獲諾貝爾獎第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四例：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11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四第25章玻爾的原子量子理論§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）紫外區(qū)紅外區(qū)里德伯恒量R的實驗值

第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四三、廣義的巴爾末公式：（氫原子光譜的其它線系）賴曼系巴爾末系帕邢系布拉開系可見光區(qū)紫外區(qū)紅外區(qū)第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四§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(yán)重的問題：原子的穩(wěn)定性問題？原子分立的線狀光譜？)11(22nkRc-=n廣義的巴爾末公式22nhRckhRch-=n玻爾將廣義的巴爾末公式改寫為：演示粒子散射演示原子發(fā)光第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四1、定態(tài)假設(shè)：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(shè)2、頻率躍遷假設(shè)：當(dāng)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(yīng)等于的整數(shù)倍。

)1,2,(n

2Lh=p==hnnLhEEkn-=n其頻率為＋－EE3E2E11913發(fā)表‘論原子分子結(jié)構(gòu)’E1,E2,E3……En（定態(tài)）hh’h’’15第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四§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r14r19r116r1rvm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第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四二、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rn，Vn代入上式，得：

E1E2E3E4基態(tài)能量其它激發(fā)態(tài)：rvm能量是量子化的第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四三、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。

氫原子能級圖四、玻爾理論的局限性1、對稍復(fù)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。

第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四能量守恒式即動量守恒式即1