量子物理基础入门

量子物理基础入门第1页，共21页，2023年，2月20日，星期四19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

…...第2页，共21页，2023年，2月20日，星期四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第3页，共21页，2023年，2月20日，星期四§24—1普朗克量子假说一、黑体辐射的实验规律TceT41)(0-ll=、)(0Te、ll瑞利—金斯公式紫外灾难！维恩公式TcTecel--ll=352)(0、单色辐射本领瑞利—金斯公式维恩公式第4页，共21页，2023年，2月20日，星期四二、普朗克公式（1900年12月14日——柏林科学院）11252),(0-lp=l-lkThcTehce)(0Te、ll奇迹般完全符合实验规律！普朗克恒量sjh.×=-3410636.第5页，共21页，2023年，2月20日，星期四三、普朗克量子假说1、（谐振子）能量状态是量子化的。)1,2,(n

n

,2

,000LLLL=eee2、不同型式的辐射，每一小份能量是不同的。n=eh0nµe0§24—3爱因斯坦的光子学说1、‘光子’：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年获诺贝尔奖第6页，共21页，2023年，2月20日，星期四n=eh0=ecm20光Þ不同频率的光子，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。2cmh光=n’>n

==lccT第7页，共21页，2023年，2月20日，星期四二、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。入射X光散射X光散射角第8页，共21页，2023年，2月20日，星期四三、康普顿效应的理论解释：

1、波动说的困难：问题？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n

==lccT如何解释实验规律？n=lc

频率为的X射线，是能量为

=h

的光子流第9页，共21页，2023年，2月20日，星期四康普顿散射公式：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''n=eh2mcvmr'''nhPrrl=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年获诺贝尔奖第10页，共21页，2023年，2月20日，星期四例：波长为2.0A0

的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11页，共21页，2023年，2月20日，星期四第25章玻尔的原子量子理论§25—1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）紫外区红外区里德伯恒量R的实验值

第12页，共21页，2023年，2月20日，星期四三、广义的巴尔末公式：（氢原子光谱的其它线系）赖曼系巴尔末系帕邢系布拉开系可见光区紫外区红外区第13页，共21页，2023年，2月20日，星期四§25—2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？)11(22nkRc-=n广义的巴尔末公式22nhRckhRch-=n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第14页，共21页，2023年，2月20日，星期四1、定态假设：原子只能处在一系列不连续的、稳定的能量状态。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。

)1,2,(n

2Lh=p==hnnLhEEkn-=n其频率为＋－EE3E2E11913发表‘论原子分子结构’E1,E2,E3……En（定态）hh’h’’15第15页，共21页，2023年，2月20日，星期四§25—3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r14r19r116r1rvm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=1n=2n=3n=4第16页，共21页，2023年，2月20日，星期四二、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rn，Vn代入上式，得：

E1E2E3E4基态能量其它激发态：rvm能量是量子化的第17页，共21页，2023年，2月20日，星期四三、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。

氢原子能级图四、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。

第18页，共21页，2023年，2月20日，星期四能量守恒式即动量守恒式即1