物理学26(量子3).ppt

1 玻尔的氢原子理论 原子系统存在一系列不连续能量状态 电子绕核圆周运动 不幅射电磁波 能态跃迁 发射或吸收光子 主量子数 基态能量 结论 玻尔半径 小结 2 4 玻尔理论的成功与局限 1 玻尔理论不仅对氢原子光谱能够解释 而对类氢离子也能很好的说明 例如 按上述推导 只须把核电荷数e改为Ze即可 2 玻尔理论的局限性 只能计算谱线的频率 不能计算光谱的强度 宽度 偏振等问题 不能说明稍复杂一点的原子光谱 3 解 解 可见光 不能电离 4 解 5 解 第三激发态n 4 六条谱线 赖曼系3条 紫外线 巴耳末系2条 可见光 帕邢系1条 红外线 6 16 3实物粒子的波 粒二象性 1924年 法国的青年物理学家德布罗意在光的波粒二象性的启发下想到 自然界在许多方面都是明显地对称的 LouisdeBroglie1892 1960 引言 既然光具有波粒二象性 则实物粒子 如电子 质子 中子等也应该具有波粒二象性 7 1 德布罗意波 假设 一个实物粒子的能量为E 动量大小为P 跟他们联系的波频率 波长 的关系为 德布罗意公式 由光子理论可知 光具有波粒二象性 一 德布罗意波 8 波长太小 波动性不明显 无法观测 小球 波长与x射线的波长数量级相同可以观测 9 电子 不考虑相对论效应 波长与x射线的波长数量级相同可以观测 10 K 热阴极D 阳极 狭缝 M 镍 单晶 B 集电器 二 德布罗意波的实验证明 1 戴维逊 革末实验 实验现象 当U单调增加时 电子束在晶体表面的散射实验 电流I不是单调地增加 而是表现出明显的选择性 11 电压U较低时 不考虑相对论效应 电流出现多次极大值 电子质量 动能 动量 波长 由晶体衍射的布喇格公式 衍射光强度极大 理论解释 12 理论与实际值相符 实验数据 时 电流第一次极大 理论计算 电子的单缝 双缝 三缝和四缝衍射实验图象 2 约翰逊实验 1961 镍 单晶 布拉格衍射测量波长 13 获诺贝尔奖的父子二人 3 汤姆生电子衍射实验 1927 约瑟夫 汤姆生 父 发现电子乔治 汤姆生 子 证实电子波动性 14 1 光的双缝衍射的统计学解释 光弱的地方 接收到的光子数量少 收到光子的几率小 对观察屏上的光强分布 爱因斯坦解释如下 光强的地方 接收到的光子数量多 收到光子的几率大 进一步减弱时 屏上将看不见图样 用照相底片长时间接收 衍射图样仍不变 实验发现 当光源S强度减弱时 屏上明暗纹位置不发生变化 即 当光子一个一个地发出时 也会发生衍射现象 三 德布罗意波的统计解释 光波 是电磁场在波动 物质波 又是什么波动呢 15 对于大量光子而言 几率大的地方光强大 几率小的地方光强小 因此从光子理论出发 光波是一种几率波 按统计学观点 对于一个光子而言 通过哪一个狭缝 到达屏上哪一点是不能确定的 只能说 落到哪一点的可能性大 落到哪一点可能性小 或者说 落到哪一点的几率大 落到哪一点的几率小 所以 光子在空间各点出现的几率正比于该点光波振幅的平方 由于光强正比于光波振幅的平方 16 对于特定电子 在空间何处出现是不确定的 是偶然的 2 电子衍射的统计学解释 玻恩用同样的观点分析电子的衍射实验 电子衍射实验 亮条纹处电子出现几率大 暗条纹处几率小 电子在空间某点出现的几率正比于该点电子波振幅的平方 因为某一粒子在某一时刻的位置是无法确定的 微观粒子的运动不存在轨道 推论 只能说在空间某处出现的几率是多少 17 而分别确定某一微观粒子位置和动量的精确度是没有限制的 四 测不准关系 在经典物理学中 质点运动沿一定的轨迹进行 任意时刻都有确定的位置和动量 同时确定某一微观粒子位置和动量的准确度有一个原则上的限度 对于微观粒子 海森堡指出 18 1 测不准关系 也称不确定关系 物理意义 粒子在x轴上的位置和动量不能同时准确地测定 若x方向上的位置确定 即 则在x方向上的动量完全不确定 若x方向上的动量确定 即 在x方向上的位置完全不确定 19 说明 和不能同时确定 和不能同时确定 和不能同时确定 和或可以同时确定 和或可以同时确定 和或可以同时确定 测不准不是因为仪器误差而测不准 而是因为微观粒子的波动性而测不准 20 假设击中1000米之处的目标 子弹飞行2秒钟时间 由 可以忽略不计 由波动性 弹着点的范围 21 忽略不计 忽略不计 2 空气中的尘埃 3 电子 22 十分显著 4 氢原子中的电子 原子线度 玻尔的氢原子模