量子物理课件

1、1213-1 13-1 黑体辐射和普朗克能量子假设黑体辐射和普朗克能量子假设13-2 13-2 光电效应光电效应 爱因斯坦光量子理论爱因斯坦光量子理论13-3 13-3 康普顿效应康普顿效应13-4 13-4 氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论13-5 13-5 粒子的波粒二象性粒子的波粒二象性13-6 13-6 不确定关系不确定关系13-7 13-7 激光激光 原子激光原子激光34物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。现象称为热辐射。. .物体在任何温度下都会辐射能量。物体在任何温度下都会辐射能量。注意：注意：. .物体既会

2、辐射能量，也会吸收能量。物体既会辐射能量，也会吸收能量。辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡, ,此时温度恒定不变。此时温度恒定不变。一般温度下，物体的热辐射主要处在红外区，只有在非常高一般温度下，物体的热辐射主要处在红外区，只有在非常高的温度下物体才发出可见光，在高温下的热辐射体便是经常的温度下物体才发出可见光，在高温下的热辐射体便是经常使用的光源。使用的光源。 实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度、辐射的波长、实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。时间的长短和发射的面积。52 2黑体辐射基本规律黑体辐射基本规律2.

3、1 2.1 黑体：黑体：能完全吸收入射到其表面上所有波长的辐射。能完全吸收入射到其表面上所有波长的辐射。向远处观察向远处观察打开的窗子打开的窗子近似黑体近似黑体特点：特点：1）黑体也是辐射能力最强的物体。）黑体也是辐射能力最强的物体。2）黑体的辐出度和单色辐出度只与黑体的温度有关。）黑体的辐出度和单色辐出度只与黑体的温度有关。 6如果从物体单位表面上发射的、波长在如果从物体单位表面上发射的、波长在 到到 d d 之间的辐射功率为之间的辐射功率为 , ,则则 与与d d 之比称为单色之比称为单色辐出度。辐出度。描写物体辐射本领的物理量。类似于波强。描写物体辐射本领的物理量。类似于波强。0M（2

4、2）单色辐出度）单色辐出度dMdM（1 1）辐出度（）辐出度（M ）：）： 物体表面单位面积发射的包含各种波长在内的物体表面单位面积发射的包含各种波长在内的辐射功率。辐射功率。 7黑体辐射与材料无关：黑体辐射与材料无关： 1 1）每一条曲线都有一个极大值）每一条曲线都有一个极大值 2 2）随着温度的升高，黑体的单色辐出度迅速增大，）随着温度的升高，黑体的单色辐出度迅速增大，并且曲线的极大值逐渐向短波方向移动。并且曲线的极大值逐渐向短波方向移动。30mWMnm8如何从理论上推导出符合实验结果的函数表达式就如何从理论上推导出符合实验结果的函数表达式就成为当时物理学中引入注目的问题之一。成为当时物理

5、学中引入注目的问题之一。 维恩根据经典热力学得出一个半经验公式：维恩公式维恩根据经典热力学得出一个半经验公式：维恩公式TcecTM2510),(秒米焦耳/1070. 32161c开米221043. 1c维恩公式：在短波部分维恩公式：在短波部分与实验结果吻合得很好，与实验结果吻合得很好，但长波却不行。但长波却不行。维恩理论值维恩理论值),(0TM实验实验T=1646kT=1646k9 瑞利和琼斯用能量均分定理和电磁理论得出瑞利和琼斯用能量均分定理和电磁理论得出: :瑞利瑞利琼斯公式琼斯公式402),(ckTTM瑞利瑞利- -琼斯琼斯维恩理论值维恩理论值),(0TM实验实验T=1646kT=164

6、6k瑞利瑞利琼斯公式：在长波琼斯公式：在长波部分与实验结果比较吻合。部分与实验结果比较吻合。但在紫外区竟算得单色辐但在紫外区竟算得单色辐出度为无穷大出度为无穷大所谓的所谓的“紫外灾难紫外灾难”。 利用经典理论无法解释黑体辐射现象。正如利用经典理论无法解释黑体辐射现象。正如19001900年开年开耳文指出的晴朗的物理学理论大厦上空，飞来耳文指出的晴朗的物理学理论大厦上空，飞来“两朵乌云两朵乌云”之一，它动摇了经典物理的基础。之一，它动摇了经典物理的基础。10 19001900年德国物理学家普朗克在维恩位移定律和瑞利年德国物理学家普朗克在维恩位移定律和瑞利琼琼斯公式之间用内插法建立一个普遍公式斯公

7、式之间用内插法建立一个普遍公式普朗克公式普朗克公式式中：式中：k k为玻尔兹曼常数，为玻尔兹曼常数，12),(/220kThehcTM普朗克公式普朗克公式112),(/520kThcehcTM这个公式与实验结果相符合。这个公式与实验结果相符合。),(0TM实验实验瑞利瑞利- -琼斯琼斯维恩理论值维恩理论值T=1646kT=1646k瑞利瑞利- -琼斯琼斯普朗克理论值普朗克理论值写成波长形式：写成波长形式：h h称为普朗克常数。称为普朗克常数。113普朗克的量子假说普朗克的量子假说 普朗克假设的意义：普朗克假设的意义：能量量子化。能量量子化。nEnh 为了能够从理论上推导出这个公式，普朗克为了能

8、够从理论上推导出这个公式，普朗克提出了一个与经典物理学概念截然不同的提出了一个与经典物理学概念截然不同的“能量能量子子”假设：假设：12Discrete Packets of Energy13例例13-113-1：设有一音叉设有一音叉, ,尖端的质量为尖端的质量为 0.050kg，将，将其频率调到其频率调到 = = 480Hz，振幅，振幅 A=1.0nm。求：尖端。求：尖端振动的量子数。振动的量子数。解：解：振动能量为：振动能量为：J227. 0)2(21212122222AmAmkAE由由nhE29341013. 74801063. 6227. 0hEn14例例13-213-2：设想一质量为

9、设想一质量为 m m =1g =1g 的小珠子悬挂在一个的小珠子悬挂在一个小轻弹簧下面作振幅小轻弹簧下面作振幅 A A = 1mm = 1mm的谐振动，弹簧的劲度的谐振动，弹簧的劲度系数系数 k k=0.1N/m=0.1N/m。（1 1）按量子理论计算此弹簧振子的能级间隔多大？）按量子理论计算此弹簧振子的能级间隔多大？（2 2）减少一个能量子时）减少一个能量子时 振动能量的相对变化是多少？振动能量的相对变化是多少？15能级间隔能级间隔J1005. 159. 11063. 63334hE（2）振子能量）振子能量J105101 . 02121862kAE相对能量变化相对能量变化2683310210

10、51005.1EE13s59. 1101 . 028. 6121mk（1）弹簧振子的频率）弹簧振子的频率解：解：经典经典能量能量量子量子这样小的相对能量变化这样小的相对能量变化在现在的技术条件下还在现在的技术条件下还不可能测量出来不可能测量出来16The Nobel Prize in Physics 1918 Max Karl Ernst Ludwig Planck Berlin University Berlin, Germany b.1858d.1947in recognition of the services he rendered to the advancement of Phys

11、ics by his discovery of energy quanta17181.1 1.1 光电效应光电效应光照到金属表面时光照到金属表面时,金属金属中的电子吸收光的能量中的电子吸收光的能量而逸出金属表面的现象而逸出金属表面的现象.1光电效应的实验规律光电效应的实验规律 光电效应是赫兹在光电效应是赫兹在18871887年发现的。年发现的。18961896年汤姆年汤姆逊发现了电子之后勒纳逊发现了电子之后勒纳德证明了光电效应中发德证明了光电效应中发出的是电子出的是电子19202 2光电效应的实验规律光电效应的实验规律 1 1）伏安特性：）伏安特性：2 2）饱和电流与光强的关系：）饱和电流与光

12、强的关系： iU0-U入射光较强入射光较弱213 3）截止电压与频率的关系：）截止电压与频率的关系：0UkU 电子初动能只与入电子初动能只与入射光的频率有关，与射光的频率有关，与入射光强无关。入射光强无关。 存存在在红红限限频频率率： 00/Uk CaNaCs0UO-U002201212UkUmmmveUmvekeU 代入22光电效应的应用光电效应的应用 有声电影有声电影 电视摄像管电视摄像管 其它光电器件其它光电器件 232 2经典理论在解释光电效应时的困难经典理论在解释光电效应时的困难 经典理论认为：经典理论认为：1 1）电子初动能决定于光强）电子初动能决定于光强2 2）不存在红限频率）不

13、存在红限频率3 3）产生光电效应需时间）产生光电效应需时间243 3爱因斯坦的光子假说爱因斯坦的光子假说3.1 3.1 光子假说光子假说 h一束光是由光粒子一束光是由光粒子(光子光子)流组成。光子的能量为：流组成。光子的能量为：光的强度：光的强度：IJhJ光子流密度：单位时间里通过垂直于光的传播光子流密度：单位时间里通过垂直于光的传播方向的单位面积的光子数。方向的单位面积的光子数。253.2 3.2 光电效应的实质光电效应的实质 212mhWm v光电效应方程，光电效应方程，其中其中W称为金属的逸出功。称为金属的逸出功。3.3 3.3 光量子假说对光电效应的成功解释：光量子假说对光电效应的成功

14、解释：（略）略）263.4 3.4 光的波粒二象性光的波粒二象性 27The Nobel Prize in Physics 1921 Albert Einstein Germany and Switzerland 18791955for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect282930例例13-413-4 如图所示为光电效应实验中得出的实验如图所示为光电效应实验中得出的实验曲线。曲线。（1 1）求证对不同的金属，）求

15、证对不同的金属，ABAB线钭率相同；线钭率相同；（2 2）由图中数据求普朗克常数。）由图中数据求普朗克常数。)( |0VUo)10(14Hz0 . 10 . 20 . 30 . 50 .10AB31解：解：（1 1）由由AEhk000UeEk得得eAehU0斜率斜率 h/e h/e 为恒量为恒量（2 2）由）由ABAB斜率：斜率：etgh 141910)0 . 50 .10(00 . 2106 . 1)(104 . 634sJtgehk)( |0VUo)10(14Hz0 . 10 . 20 . 30 . 50 .10AB32331康普顿效应的实验规律康普顿效应的实验规律 康普顿效应的实验装置康

16、普顿效应的实验装置实验装置：实验装置： 34实验规律实验规律:康普顿效应中不同散射角上光强度与波长的关系康普顿效应中不同散射角上光强度与波长的关系352 2经典理论在解释康普顿效应时的困难经典理论在解释康普顿效应时的困难 按照经典理论，不可能出现按照经典理论，不可能出现 0的射线！的射线！36373光量子假说对康普顿效应的成功解释光量子假说对康普顿效应的成功解释 3.1 3.1 康普顿效应的实质：康普顿效应的实质：光子与散射物中的自由光子与散射物中的自由电子发生碰撞。电子发生碰撞。 h/0m0h/mv光子与静止电子光子与静止电子的弹性碰撞的弹性碰撞光子光子电子电子碰撞前能量碰撞前能量碰撞后能量

17、碰撞后能量碰撞前动量碰撞前动量碰撞后动量碰撞后动量00hchhch200cmE 220=kEmcEmc水平方向0h夹角散射方向，与水平方向h夹角反冲方向，与水平方向mv0383.2 3.2 波长的改变与散射角的关系波长的改变与散射角的关系00(1 cos )hm c02200202011sinsin0coscosmcvmmmvhmvhhhcmchccm39The Nobel Prize in Physics 1927Arthur Holly Compton b.1892d.1962Charles Thomson Rees Wilson b.1869d.1959for his discovery

18、 of the effect named after himfor his method of making the paths of electrically charged particles visible by condensation of vapour4041)(0243. 0)cos1 (0000AcmhcmhC康普顿波长：补充：康普顿效应公式)(10903. 9)(10584. 1)(10390. 21063. 6)(10390. 2)(10255. 1103)(255. 1)60cos1 (0243. 0243. 1)cos1 ()cos1 (243. 1)(10243. 1

19、)(106 . 1101031063. 6) 1 (3151834181080000001019483400000eVJJhHzHzcAcmhcmhAmmhchch解：42)(511. 020MeVcm电子静能：4344守恒和动量守恒可得：（如图所示），由能量为的速度方向之间的夹角子和粒假设碰撞后粒子解：21. 100mv0m2v1v2222221122002021012202210120002022012002011,11,112cos)(2)()()(1cvcvcvvmvmvmvmvmcmcmcmcm其中：）（）（0122221 1 2 2012211(3)2(1)(1)(1)2cos(4

20、)vvc 由（）由（）222()(1)vc补充：45122220121 12 222221122012121 12 21 12 234(1)(1)(1)cos21 ()(1)(1)cos02vvcccvvvv ，由（）、（ ）式得：即为锐角,2222012001212(3) :1212 补充：由式02122212022)(1)1)(1(222222121211 -210)3(式得：由46和动量守恒可得：，根据能量守恒在不考虑相对论效应时00mv0m2v1v）（）（2cos)(2)()()(12121212010220210200220210200vmvmvmvmvmvmvmvm即为直角。的方向

21、的夹角满足以上两式，则两者的方向不同，要同时的方向与若碰撞是斜碰，221vv47守恒和动量守恒可得：，由能量假设为正碰，即0. 200mv0m2v1v）（）（21122110020210100021020220120020vvvvmvmvmcmcmcmcm0012222222012222111,111()(1)vcvcvcvc其中：0212011131，或，）式得：）、（联解（不合题意舍去）或即021201, 0(0,vvvvvv222012111 (3) (2)化简得：48491 1氢原子光谱公式氢原子光谱公式 HHHH656.3 nm486.1 nm434.1 nm410.2 nm5051

22、2 2玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论 2.1 2.1 经典原子模型及其困难经典原子模型及其困难 汤姆逊的汤姆逊的“西瓜西瓜”模型模型电子电子18971897年汤姆逊发现电子年汤姆逊发现电子卢瑟福核式模型卢瑟福核式模型19111911年卢瑟福根据年卢瑟福根据 粒子散粒子散射射实验提出原子的核式模型实验提出原子的核式模型电子原子核52经典原子模型的困难：经典原子模型的困难： 1）发射连续光谱）发射连续光谱2）原子不稳定）原子不稳定532.2 2.2 玻尔氢原子模型玻尔氢原子模型-三个假设三个假设542.3 2.3 氢原子的定态能量及相应的电子轨道半径氢原子的定态能量及相应的电子轨道半径 电子电子

23、原子核原子核552.4 2.4 玻尔理论对氢原子光谱的解释玻尔理论对氢原子光谱的解释 ( (假设假设nm)nm)71H1.096776 10Rm（实验结果：（实验结果：）565758594.5 4.5 玻尔理论的局限性：玻尔理论的局限性：半经典的理论半经典的理论 60The Nobel Prize in Physics 1922Copenhagen University Copenhagen, Denmark Niels Henrik David Bohr b.1885d.1962for his services in the investigation of the structure of

24、 atoms and of the radiation emanating from them61nmRnmRnmRnmRmnmnmn6 .121343 .6565366 .10289)11(131222311322可产生的谱线为：例例13-7 在气体放电管中在气体放电管中,用能量为用能量为12.5eV的电子通过碰撞使氢的电子通过碰撞使氢原子激发原子激发,问受激发的原子向低能级跃迁时问受激发的原子向低能级跃迁时,能发射哪些波长的能发射哪些波长的光谱线光谱线?)(10096776. 117mR里德伯常量：5 .126 .136 .131112112EEEnEEEnEn5 . 3n即氢原子最高能跃

25、迁到即氢原子最高能跃迁到n=3的能级。的能级。622222200()()(1)0(2)M cEMchpcM chhpc例例13-8 设一个静止的处于激发态的原子跃迁到基态，并发射设一个静止的处于激发态的原子跃迁到基态，并发射出一个光子。由于光子的反冲，原子获得了一定的动量。若出一个光子。由于光子的反冲，原子获得了一定的动量。若跃迁之前原子的质量为跃迁之前原子的质量为M0，激发态与基态的能量差为，激发态与基态的能量差为E，试证明：光子的频率为试证明：光子的频率为20=(1)2EEhM c2222222000()()()()hM cEcM chhM chc(2)hpc式代入（1），有：在原子的质心

26、坐标系中，原子跃迁发出光子在原子的质心坐标系中，原子跃迁发出光子的过程中，能量和动量守恒，即的过程中，能量和动量守恒，即632222222000()()()()hM cEcM chhM chc222200()()M cEhhM c2222222220000() +()()22()()()M cEhM cEhM cEhM c两边平方222002200202+()2(+)=2 (+)2 (+)12(+)M cEEEM cEEh M cEh M cEEEhM cE整理后，得：2020(1)2M cEEEhM c 质子中子静止能量为939MeV激发态原子所发出的光子能量约2.5eV64例例13-8：已

27、知基态已知基态He+的电离能为的电离能为E=54.4eV。（1）为使处于基态的）为使处于基态的He+进入激发态，入射光子所进入激发态，入射光子所需的最小能量应为多少？需的最小能量应为多少？（2） He+从上述最低激发态跃迁返回基态时，如考从上述最低激发态跃迁返回基态时，如考虑到该离子的反冲，则与不考虑反冲相比，它所发虑到该离子的反冲，则与不考虑反冲相比，它所发射的光子波长的百分比变化有多大？（离子射的光子波长的百分比变化有多大？（离子He+的能的能级级En与的关系和氢原子能级公式相似。电子电荷取与的关系和氢原子能级公式相似。电子电荷取1.6010-19C，质子和中子质量均取，质子和中子质量均取

28、1.6710-27kg ，在计算中可采用合理的近似）。在计算中可采用合理的近似）。652min0001(2)2(3)Ehhm vhm vc根据能量守恒：根据动量守恒：（1）电离能表示）电离能表示He+的外电子脱离氦核的束缚的外电子脱离氦核的束缚所需要的能量，核外电子由基态能级跃迁到第一激所需要的能量，核外电子由基态能级跃迁到第一激发态是脱离氦核束缚所需的最小能量。发态是脱离氦核束缚所需的最小能量。eVEmnEmn8 .404 .54)2111()11(222, 1122min(2)不考虑离子的反冲不考虑离子的反冲,光子的能量光子的能量:0min(1)hE考虑离子的反冲：考虑离子的反冲：2001

29、2hm vhm vc光子能量：，反冲离子动能：；光子动量： ，反冲离子动量：0000?hhh求：66002(3)0022000222hm vchm vcm vm vchm vcm cm c 由得代入相关数据：代入相关数据：2120000000122m vhhm vhhh 因为200221000(2)0222200002011222222hhm vvchm vm vhm cm cm chm c 式离子的反冲速度1960227820040.8 1.6 100.54 10 %22 4 1.67 10(3 10 )hm c 6768内 容 纲 要 一段历史一段历史: 光是什么光是什么? 一个式子一个式

30、子: 德布罗意关系式德布罗意关系式 一个实验一个实验: 电子衍射实验电子衍射实验 一个应用一个应用: 电子显微镜电子显微镜 小小 结结691.1. 一段历史一段历史: : 光是什么？光是什么？ 1666年年 Newton 微粒说微粒说: 光的直线传播、反射光的直线传播、反射. 1679年年 Huygens 波动说：光的折射、双折射波动说：光的折射、双折射. 1801年年 Young 双缝干涉双缝干涉. 1809年年 Fresnel 衍射实验衍射实验. 1860s Maxwell 方程组方程组: Hertz实验实验: 光是电磁波光是电磁波. 19世纪末世纪末 光电效应光电效应. 1905年年 E

31、instein 提出了提出了“光子光子”. 光的波粒二象性光的波粒二象性时时间间轴轴70整个世纪以来，在辐射理论上，相对于波整个世纪以来，在辐射理论上，相对于波动的研究方法，我们过于忽视了粒子的研动的研究方法，我们过于忽视了粒子的研究方法；而在实物理论上，是否发生了相究方法；而在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于粒子的图象反的错误呢？是不是我们关于粒子的图象想得太多，而忽略了波的图象呢？想得太多，而忽略了波的图象呢？de Broglie Albert Einstein我相信这一假设的意义远远超出单纯我相信这一假设的意义远远超出单纯的类比！的类比！2. 2. 一个式子一个式子:

32、: 德布罗意关系式德布罗意关系式712.1 2.1 微观粒子具有波动性的假设：微观粒子具有波动性的假设：1923年年, de Broglie 受到光子波粒二象性启发，提出了物质受到光子波粒二象性启发，提出了物质波思想：波思想：“任何物质都伴随着波，而且不可能将物体的运任何物质都伴随着波，而且不可能将物体的运动和波的传播分开动和波的传播分开.”2.2 2.2 德布罗意波波长：德布罗意波波长：,phsJ1063. 634h例例13-10 m = 0.01kg，v= 300 m/s 的子弹的子弹,nm1021. 225弹可见光波长范围：可见光波长范围：400760nmm/s3kgmvp弹例例13-9

33、 me = 9.1110-31 kg，v= 4.36106 m/s 的电子的电子,m/skg 1097. 324vmpeenm 167. 0e72h 0 ： 量子物理量子物理经典物理经典物理c ：相对论相对论牛顿力学牛顿力学自然界中最基本的物理常量：自然界中最基本的物理常量：h 极小极小 宏观物体的波长小得实验难以测量宏观物体的波长小得实验难以测量 “宏观物体只表现出粒子性宏观物体只表现出粒子性”假如假如 h =1000 Js?73奥运冠军奥运冠军 刘翔刘翔假如假如 h 1000 Js 1.5mm/s55. 888.12110秒米vkg87mphm/s700kg mvph =100074000

34、.0243()ChAm c康 普 顿 波 长 ：75解：解： )(1011. 55200eVcmE电子静止能量：（2）505.11 10kEeVE 022002EEEEcmhphkk)(014. 0310243. 000AkEE （3）1005.11 10kEeVE )(1043. 21011. 51011. 50243. 00710500AEEcmhphk 763.1 3.1 戴维逊戴维逊革末的电子衍射实验革末的电子衍射实验(1927)(a) 实验装置实验装置3. 3. 一个实验一个实验: : 电子衍射的实验电子衍射的实验(b) 实验结果实验结果电子在电子在54V的电压下的电压下加速，衍射角

35、加速，衍射角50770.215nm(b) 实验原理图实验原理图nm167. 020eUmhpheV 54Uendsin50(1) 电子的加速电子的加速,2120eUvmEk(2) 电子的波长电子的波长(3) 电子的衍射电子的衍射 (Brag方程方程).200eUmvmp78793.2 G.P.3.2 G.P.汤姆孙的电子衍射实验汤姆孙的电子衍射实验(1937)(a) 实验装置实验装置(b) 衍射图样衍射图样80J.J.J.J.汤姆孙（汤姆孙（1856185619401940），最大），最大贡献是从阴极射线实验中，发现并贡献是从阴极射线实验中，发现并确定了重要的基本粒子确定了重要的基本粒子电子的

36、电子的存在。为此他获得存在。为此他获得19061906年的诺贝尔年的诺贝尔物理学奖。物理学奖。 G.P.G.P.汤姆孙（汤姆孙（1892189219751975） 英国物英国物理学家，物理学家理学家，物理学家J.J.J.J.汤姆孙的独汤姆孙的独生子。主要贡献是通过电子衍射图生子。主要贡献是通过电子衍射图实验证实了电子的波动性。为此他实验证实了电子的波动性。为此他与与C.J.C.J.戴维森共获戴维森共获19371937年的诺贝尔年的诺贝尔物理学奖。物理学奖。 汤姆孙父子汤姆孙父子813.3 3.3 约恩孙的电子衍射实验约恩孙的电子衍射实验824. 4. 一个应用一个应用: : 电子显微镜电子显微

37、镜(1986)(1986)22. 1DM 仪器分辨率仪器分辨率nm67.10电子nm500光子83电子显微镜电子显微镜22. 1DM 仪器分辨率仪器分辨率nm67.10电子nm500光子845. 5. 小小 结结理论理论: 德布罗意关系式德布罗意关系式 (1929)实验实验: 电子衍射实验电子衍射实验 (1937)应用应用: 电子显微镜电子显微镜 (1986)“电子具有波动性电子具有波动性”ph856.1 6.1 两种模糊认识两种模糊认识 认为认为波是基本的，把电子看做波是基本的，把电子看做波包波包 认为粒子是基本的，波是大量电子相互作用形成认为粒子是基本的，波是大量电子相互作用形成但波包会扩

38、散，但波包会扩散，与与电子是稳定电子是稳定的矛盾的矛盾但单电子双缝实验但单电子双缝实验说明单个电子也有说明单个电子也有干涉现象干涉现象6. 6. 德布罗意波的统计解释德布罗意波的统计解释86 1926年，德国物理学家玻恩年，德国物理学家玻恩（M.Born）提出了德布罗意波的统）提出了德布罗意波的统计诠释：计诠释：实物粒子的波是一种概率实物粒子的波是一种概率波，波的强度反映了空间某处发现波，波的强度反映了空间某处发现粒子的可能性（概率）大小。粒子的可能性（概率）大小。 6.2 6.2 德布罗意波的统计解释德布罗意波的统计解释8788微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性 微观粒子既是粒子，也是

39、波。在某些条件下表微观粒子既是粒子，也是波。在某些条件下表现出现出粒子性粒子性（不是经典的粒子，不服从经典粒子的（不是经典的粒子，不服从经典粒子的运动规律），在另一些条件下表现出运动规律），在另一些条件下表现出波动性波动性（不同（不同于经典的波，不代表实在物理量的波动）。两种性于经典的波，不代表实在物理量的波动）。两种性质寓于同一体中，却不能同时表现出来。质寓于同一体中，却不能同时表现出来。89少女？少女？老妇？老妇？两种图像不会同时出两种图像不会同时出现在你的视觉中！现在你的视觉中！90911.1.位置动量的不确定关系位置动量的不确定关系 2xpx海森堡（海森堡（HeisenbergHeis

40、enberg）在）在19271927年年提出微观粒子运动的基本规律，提出微观粒子运动的基本规律，其中之一是不确定关系。其中之一是不确定关系。92测不准关系是微观粒子波动性的结果。测不准关系是微观粒子波动性的结果。yxapypxp932.2.能量时间的不确定关系能量时间的不确定关系 2E t 94例例13-12 原子线度为原子线度为10-10m，求电子速度的不确定量。，求电子速度的不确定量。 xp61.2 10 (/ ) vm svm x解：解：按牛顿力学计算，氢原子中的电子的轨道运动速度按牛顿力学计算，氢原子中的电子的轨道运动速度约为约为10106 6(m/s)(m/s)，它与上面速度的不确定

41、量有相同的数，它与上面速度的不确定量有相同的数量级，所以原子中的电子不能被视为经典粒子，这量级，所以原子中的电子不能被视为经典粒子，这时，时，谈论电子的速度或轨道已失去实际意义，电子谈论电子的速度或轨道已失去实际意义，电子的波动性十分显著的波动性十分显著，描述电子运动时必须抛弃轨道，描述电子运动时必须抛弃轨道概念，而应采用说明电子在空间概率分布的电子云概念，而应采用说明电子在空间概率分布的电子云图象。图象。95例例13-13：电子在原子大小范围电子在原子大小范围( x=10-10米米)内运动，内运动，试求电子具有的最小能量。试求电子具有的最小能量。解：解：根据时间与能量的不确定关系，有根据时间

42、与能量的不确定关系，有: :)/(1005. 1101005. 1241034smkgxhpxeVJmpE78. 3)(1005. 61011. 92)1005. 1 (2)(1931224296例例13-14： 某原子的第一激发态的能级宽度为：某原子的第一激发态的能级宽度为： E=6 10-8电子伏，试估算原子处于第一激发态的电子伏，试估算原子处于第一激发态的寿命寿命 t。解：解：根据时间与能量的不确定关系，有根据时间与能量的不确定关系，有: :)(1009. 1106 . 11061005. 1819834sEht97对力的认识：对力的认识： 力是物体与物体间的相互作用力是物体与物体间的相

43、互作用 自然中物体间存在各种相互作用，但就其实质而言，自然中物体间存在各种相互作用，但就其实质而言，只有四种相互作用：只有四种相互作用：引力相互作用电磁相互作用强相互作用弱相互作用9899100例例13-16.在一种热核反应中，反应式为在一种热核反应中，反应式为 nHeHH10423121其中各粒子的静质量分别为：其中各粒子的静质量分别为： 氘核（氘核（ ） H21kg103437. 327Dmkg100049. 527Tm氦核（氦核（ ）He42kg106425. 627Hem中子（中子（ ）n10kg106750. 127nm氚核（氚核（ ） H31 求这一热核反应所释放出的能量。求这一热

44、核反应所释放出的能量。 101nHeHH10423121解：反应前、后质量变化为解：反应前、后质量变化为 nHeTDmmmmmkg1011. 329释放出相应的能量：释放出相应的能量： J122829210799. 2)103()1011. 3(mcE1kg 这种燃料所释放这种燃料所释放出的能量：出的能量： 11427121035. 3100049. 53437. 310799. 2kgJkgJTDmmE1kg 煤燃烧所释放出煤燃烧所释放出的能量：的能量： 72.926 10J102例例13-17.一个电子被电压为一个电子被电压为106 V的电场加速后，其的电场加速后，其质量为多少？速率为多大？质量为多少？速率为多大？解：解：JUeEk13