PPT《量子力学（Quantum Mechanics）》

一、光电效应 指一束光照射到金属上,有电子从金属表面逸出的物理现象 光电效应具备以下几个特点(勒纳1902年总结出): (1)光辐射场由光量子(光子)组成,每一个光子的能量与辐射场的频率关系为:2)光子的动量与辐射场的波长有如下关系:

二、Einstein的光量子论及光的波粒二象性 Planck的能量子概念提出之初并不引人注目,对其量子论引起人们注意的是到1905年爱因斯坦用量子论合理解释光电效应,即光的量子论.光量子论的具体内容: 描述粒子的物理量E和P与描述波的物理量频率v(w)与波长( )由等式联系起来,由此看出,光既具有粒子性,又具有波动性,光量子论及光的波粒二象性由康普顿(Compton)散射实验证实. 按照光量子论,光照射到金属板上时,能量为 的光子被电子吸收,电子将这部分能量一方面用来克服金属表面对它的吸引,另一部分为电子离开金属表面后的动能,即

三、Einstein用光量子论解释光电效应 阿尔伯特-爱因斯坦(1879-1955)因发现光电效应定律,荣获了1921年诺贝尔物理学奖 原子的正电荷及大部分质量都集中在很小的原子中心,形成原子核,而电子则围绕原子核旋转,该模型能很好地解释 粒子的大角度偏转问题,但不能解释原子的稳定性问题和原子的大小问题. 0.1.3 原子问题――Bohr(玻尔)的原子理论

一、原子模型问题

1、汤姆逊(J. J. Thomson)的原子模型: 正电荷均匀分布在原子中,而电子则以某种规律镶嵌其中.――局限在于无法解释原子散射实险中的大角度偏转现象.

2、卢瑟福(E. Rutherford)的有核原子模型: 卢瑟福于1911年用 粒子对原子的散射,提出了有核原子模型: 电子围绕原子核旋转的运动是加速运动,按照经典电动力学原理,电子不断辐射能量,而其轨道半径不断缩小,最后电子将会湮没在原子核中,原子就会 崩溃 .同时按照经典理论,原子将发射连续辐射谱.而与客观世界中的原了稳定地存在自然界,以及原子的线状光谱相矛盾.

二、原子的稳定性问题

三、原子的大上问题 按照经典理论来考虑卢瑟福模型,却找不到一个合理原子的特征长度.

1、电子在原子中不可能沿着经典理论所允许的所有轨道运动,而只能在一些特殊的轨道上运动,这些分立的轨道与分立的能量(E1,E2,E3,…)相对应,电子在这样的轨道上运动是处于稳定状态,即定态(Stationary state).当电子处在这种状态时,它们不吸收也不发生辐射,只有当电子从一个定态跃迁到另一个定态时,才会吸收能量或发生辐射.

四、玻尔(Bohr)原子理论

2、原子在两定态之间跃迁时,吸收或发射辐射的频率由下列关系式确定: 丹麦物理学家玻尔(1885-1962)因在研究原子结构和原子辐射方面的贡献,荣获1922年诺贝尔物理学奖 q是电子的一个广义坐标,p是对应的广义动量.回路积分是沿运动轨道积分.

3、量子化条件 玻尔根据对应原理(Correspondence Principle)求出氢原子的能级公式,并导出角动量量子化条件: 索莫非(Sommerfeld)将量子化条件推广: (1)、该理论只能解释氢原子光谱的规律 性,而不能合理解释其余原子. (2)、不能系统解决谱线的强度. (3)、只能处理简单的周期运动而不能处理非束缚态问题. (4)、并没有从根本上解决能量不连续性的本质.

4、Bohr量子论的局限性: 0.1.4 德布罗意(de Brolie)物质波及波粒二象性 德布罗意根据几何光学中的费马(Fermat)原理与动力学中的最小作用原理的相似之处,并在光具有波粒二象性的启发下,提出象电子这类实物粒子(静止质量m≠0)也具有波的性质,即称为德布罗意物质波,该粒子的能量和动量与其波长和频率满足如下关系: 该公式被称为德布罗意公式 法国物理学家德布罗意(1892-1987)因发现电子的波动性,荣获1929年诺贝尔物理学奖 例1. 用德布罗意关系式可将平面波 表示成:例2.自由粒子的德布罗意波长. 解:由 及德布罗意关系式 可得 .例3.如果是被U伏的电势差加速的电子的德布罗意波长 解:由 及德布罗意关系式 可得: 为什么平时很少见到实物粒子波动性? 由于h是一个很少的量,实物粒子的波长很短,在一般宏观条件下,波动性不易表现出来.德布罗意假说(实物粒子具有波动性)的正确性由戴维孙(Davisson)和 革末(Germer)的电子衍射实验所证实 §0.2量子力学形成过程 经过20多年的时间,在许多物理学家的共同努力下,量子力学这一门理论体系才最终形成.主要的贡献有: 发表量子波动力学 薛定谔