大学物理 量子物理小结.ppt

量子物理小结量子物理小结1 1 1 1、普朗克能量子假设的诞生、普朗克能量子假设的诞生、普朗克能量子假设的诞生、普朗克能量子假设的诞生 1900年普朗克为了解释黑体辐射的实验规律，提出能年普朗克为了解释黑体辐射的实验规律，提出能量子假设：量子假设：这些谐振子辐射或吸收的能量是量子化的，最小能量这些谐振子辐射或吸收的能量是量子化的，最小能量 单元为单元为为普朗克常数为普朗克常数 辐射体看成许多带电线性谐振子组成；辐射体看成许多带电线性谐振子组成；物体发射或吸收的能量只能是物体发射或吸收的能量只能是 的整数倍。的整数倍。普朗克在他的假设的基础上推出的黑体辐射公式与实验普朗克在他的假设的基础上推出的黑体辐射公式与实验结果符合的相当好。结果符合的相当好。2 2、爱因斯、爱因斯、爱因斯、爱因斯坦光坦光量子假设量子假设量子假设量子假设光电效应的实验规律：光电效应的实验规律：（1）单位时间从金属表面逸出的电子数与入射光光强成正比；）单位时间从金属表面逸出的电子数与入射光光强成正比；（2 2 2 2）光电子的最大初动能随入射光频率线性增加，而与入）光电子的最大初动能随入射光频率线性增加，而与入）光电子的最大初动能随入射光频率线性增加，而与入）光电子的最大初动能随入射光频率线性增加，而与入射光强无关；射光强无关；射光强无关；射光强无关；（4）光照射到金属时，几乎立即有电子）光照射到金属时，几乎立即有电子逸出。逸出。（3）每一种金属存在一个红限）每一种金属存在一个红限 ，照射光频率，照射光频率 时，时，不产生光电效应；不产生光电效应；爱因斯爱因斯爱因斯爱因斯坦光坦光电效应方程电效应方程电效应方程电效应方程红限频率红限频率光子的能量，质量和动量光子的能量，质量和动量光子：光子：光子的能量光子的能量光子的动量光子的动量光子的质量光子的质量3、康普顿散射、康普顿散射 x 射线通过物质散射时，散射线中除有与入射射线通过物质散射时，散射线中除有与入射x射线波长射线波长相同的射线外还有比入射线波长更长的散射线。相同的射线外还有比入射线波长更长的散射线。波长改变的公式波长改变的公式称为称为康普顿波长康普顿波长康普顿效应只能用光子理论去康普顿效应只能用光子理论去解释解释思考题：思考题：光电效应和光电效应和康普顿效应都是光子与电子的相互作用，两康普顿效应都是光子与电子的相互作用，两者有何不同？者有何不同？康普顿效应是能量较大的光子与散射物中自由电子的相互康普顿效应是能量较大的光子与散射物中自由电子的相互作用，光子与电子满足动量守恒和能量守恒；作用，光子与电子满足动量守恒和能量守恒；光电效应是金属中束缚电子吸收光子的过程，光子与电子光电效应是金属中束缚电子吸收光子的过程，光子与电子满足能量守恒但动量不守恒。满足能量守恒但动量不守恒。自由电子不能吸收光子而只能散射光子。自由电子不能吸收光子而只能散射光子。4、玻尔氢原子理论、玻尔氢原子理论（1）里德堡经验公式）里德堡经验公式里德堡常数里德堡常数构成的线系称为构成的线系称为巴尔末系巴尔末系，在可见光区，在可见光区（2）波尔关于氢原子的三点假设）波尔关于氢原子的三点假设 量子化定态假设量子化定态假设n=1,2,3,量子化跃迁的频率法则量子化跃迁的频率法则 轨道角动量量子化假设轨道角动量量子化假设（量子化条件）（量子化条件）（3）氢原子各定态的能量）氢原子各定态的能量例：例：已知氢原子光谱的某一线系的极限波长已知氢原子光谱的某一线系的极限波长 ，其，其中有谱线的波长为中有谱线的波长为 ，求与该波长相应的始态与终，求与该波长相应的始态与终态的能量。态的能量。解：解：由由求得求得终态终态始态始态思考题：思考题：试解释玻尔原子理论中的下列概念：试解释玻尔原子理论中的下列概念：定态；基态；激发态；量子化条件。定态；基态；激发态；量子化条件。定态定态 原子系统所处的一系列分立的能量状态，处于这原子系统所处的一系列分立的能量状态，处于这些状态时，电子作加速运动但不辐射能量，这些状态些状态时，电子作加速运动但不辐射能量，这些状态称为原子的定态。称为原子的定态。基态基态 原子系统能量最低的状态原子系统能量最低的状态激发态激发态 能量高于基态能量时，原子系统所处的量子态能量高于基态能量时，原子系统所处的量子态量子化条件量子化条件 决定原子系统可能存在的各种定态的条件决定原子系统可能存在的各种定态的条件5、德布罗意物质波、德布罗意物质波（1）德布罗意假设和德布罗意方程德布罗意假设和德布罗意方程 质量为质量为 m ，速度，速度v的实物粒子，具有的实物粒子，具有能量能量 E 和动量和动量 p 时，时，接近光速时，接近光速时，（2）直接证实实物粒子波动性的实验直接证实实物粒子波动性的实验戴维孙戴维孙 革末的电子衍射实验革末的电子衍射实验6、不确定关系、不确定关系 微观粒子由于具有波粒二象性，微观粒子由于具有波粒二象性，同时同时确定它的坐标和动确定它的坐标和动量受到限制。量受到限制。（1）位置和动量的不确定关系）位置和动量的不确定关系（2）能量和时间的不确定关系）能量和时间的不确定关系问题：问题：用经典力学的物理量（如坐标、动量等）描述微观用经典力学的物理量（如坐标、动量等）描述微观粒子的运动时，存在什么问题？原因何在？粒子的运动时，存在什么问题？原因何在？用经典力学的物理量如坐标、动量等只能在一定程度内用经典力学的物理量如坐标、动量等只能在一定程度内近似地描述微观粒子的运动，坐标近似地描述微观粒子的运动，坐标x和动量和动量px存在不确定量存在不确定量 例例:一束动量为一束动量为p的电子的电子,通过宽度为通过宽度为a的单缝的单缝.缝到屏的距离为缝到屏的距离为D,屏上衍射图样中央最大的宽度是多少屏上衍射图样中央最大的宽度是多少?解：解：由单缝衍射暗纹条件由单缝衍射暗纹条件这是由于微观粒子具有波粒二象性的缘故。这是由于微观粒子具有波粒二象性的缘故。和和 ，它们之间必须满足不确定关系式，它们之间必须满足不确定关系式7、波函数及其物理意义、波函数及其物理意义波函数必须满足的条件波函数必须满足的条件问题：问题：薛定谔方程的解称为薛定谔方程的解称为波函数波函数，一般用，一般用 表示表示 单值、连续、有限；单值、连续、有限；归一化归一化称为称为概率密度概率密度 空间某处单位体空间某处单位体元找到粒子的几率元找到粒子的几率德布罗意波的波函数与经典波的波函数的本质区别德布罗意波的波函数与经典波的波函数的本质区别是什么？是什么？德布罗意波是几率波，波函数不表示某实在物理量在德布罗意波是几率波，波函数不表示某实在物理量在空间的波动，其振幅无实在的物理意义。空间的波动，其振幅无实在的物理意义。问题：问题：机械波振幅，电磁波振幅，物质波振幅各代表什么物机械波振幅，电磁波振幅，物质波振幅各代表什么物理意义？理意义？机械波振幅机械波振幅 质点振动的最大位移。质点振动的最大位移。电磁波振幅电磁波振幅 电场强度和磁场强度的最大值。电场强度和磁场强度的最大值。物质波振幅物质波振幅 波函数的振幅本身无物理意义，振幅绝对波函数的振幅本身无物理意义，振幅绝对值的平方值的平方 表示几率密度表示几率密度空间某处空间某处单位体元找到粒子的几率。单位体元找到粒子的几率。