大学物理教学课件：量子物理1

1、量子物理,研究微观世界物质运动的规律,19 世纪末，物理学晴朗的天空 飘着几朵乌云,物理学面临严重的危机,黑体辐射,光电效应,康普顿效应,氢原子光谱实验规律,普朗克量子假说,早期的量子理论,玻尔的原子量子理论,第24章,第25章,爱因斯坦光子学说,24 1 普朗克量子假说,一、黑体辐射的实验规律,l,瑞利金斯公式,紫外灾难,维恩公式,单色辐射本领,瑞利金斯公式,维恩公式,二、普朗克公式,1900年12月14日柏林科学院,l,奇迹般完全符合实验规律,普朗克恒量,三、普朗克量子假说,1、（谐振子）能量状态是量子化的,2、不同型式的辐射，每一小份能量是不同的,243 爱因斯坦的光子学说,1、光子：

2、一束光，是一束以光速 C 运动的粒子流 ，这些粒子称为光子（光量子,能量的最小单元 0 称为“能量子,2、光子具有质量、能量、动量,1918年获诺贝尔奖,不同频率的光子， 具有不同的能量,光的波粒 二象性,24 4 康普顿效应（1923,一、X射线的散射,光子学说很好地解释了光电效应。 1921年获诺贝尔奖,X射线经过金属、石墨 等物质，发生波长改变的 散射称康普顿效应,二、康普顿散射的实验规律,1、散射线波长的改变量 = 随散射角 增加 而增加,2、在同一散射角下 相同 , 与散射物质和入射光波长无关,3、原子量较小的物质,康普顿散射较强,三、康普顿效应的理论解释,1、波动说的困难： 问题,

3、散射光频率 = 粒子作受迫振动频率 = 入射光频率,可见光是这样，X光则不然，无法解释,2、量子理论的成功,光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故 不变 ， 不变,解释实验现象（ 有 、 ,光子与自由电子作弹性碰撞时，要传 一 部分能量给 电子,如何解释实验规律,频率为 的 X射线，是 能量为 = h 的光子流,康普顿散射公式： 光子与自由电子弹性碰撞,根据能量守恒,动量守恒,演示光子与电子的碰撞,康普顿波长,与实验结果符合得很好,解释实验规律： ，散射物质，原子量,2)康普顿效应给我们什么启示,思考:(1)观察光电效应时能否见到康普顿效应,1927年获诺贝尔奖,例：波长为 2.0A0 的

4、X射线射到碳块上，由于康普顿 散射 ，频率改变 0.04。求：(1)该光子的散射角(2) 反冲电子的动能,解：（1,解出,2,0.04,第 25 章 玻尔的原子量子理论,251 氢原子光谱的实验规律,一、氢原子光谱 （传递给我们什么信息,二、巴尔末系的里德伯公式（1885,里德伯恒量 R 的 实验值,三、广义的巴尔末公式： （氢原子光谱的其它线系,252 玻尔氢原子量子论,一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型,严重的问题,原子的稳定性问题,原子分立的线状光谱,广义的巴尔末公式,玻尔将广义的巴尔末公式改写为,演示 粒子散射,演示原子发光,1、定态假设：原子只能处在一 系列 不连续的、稳定的能量状态

5、,二、玻尔原子系统的基本假设,2、频率跃迁假设：当原子能级 跃迁时，才发射（或吸收）光子,3、量子化条件：稳态时电子角动量应等于 的整数倍,其频率为,E E3 E2 E1,1913发表论原子分子结构,E1 , E2 , E3 En （定态,h,h,h,15,253 玻尔氢原子理论,一、氢原子轨道半径,由量子化条件及牛顿定律,轨道量子化,r1,角动量量子化,库仑力=向心力,玻尔半径,速度量子化,其他的可能轨道,n=1 n=2 n=3 n=4,二、氢原子的能级,电子在量子数为n的轨道上运动 时，原子系统总能量是,将 r n ，Vn 代入上式，得,E1 E2 E3 E4,基态能量,其它激发态,能量是量子化的,三、氢原子光谱的理论解释,1、里德伯常数的理论值与 实验值符合得很好,理论 实验,2、解释分立的谱线,3、解释谱线系,四、玻尔理论的局限性,1、对稍复杂的原子光谱， 定性、定量都不能解释,2、对氢原子谱线的强度、 宽度、偏振等问题遇到难 以克服的困难,能量守恒式