第22章量子物理基础

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1、第22章量子物理基础思考题22-1卢瑟福如何从实验中否定了汤姆孙的原子模型？答：按照汤姆孙的“葡萄干蛋糕"模型，原子中正电荷以均匀的密度分布在整个原子小球中，电子均匀地浸浮在均匀的正电荷中，按照这一模型，a粒子穿过金箔后沿着原来方向或沿着散射角很小（的方向运动.但是实验发现有极少数的a粒子的散射角〃大于90。，甚至有的粒子的散射角接近180°,这一实验结果与汤姆孙的原子模型不相符.为了解释实验结果，卢瑟福提出了一种有核模型：只有原子的质量集中于中心，且带正电荷，才能使极少数a粒子发生大角度散射.原子的中心有

2、一带正电的原子核，它集中了几乎原子的全部质量,电子围绕这个核旋转，核的大小与整个原子相比是很小的.22-2从经典力学看，卢瑟福的原子核型模型遇到了哪些困难？经典力学看来氢原子光谱是线光谱还是连续光谱？答：按照经典电磁学理论，核外电子在库仑力的作用下，作匀速圆周运动时是加速运动,会不断向外辐射电磁波.电磁波的频率等于电子绕核旋转的频率.由于原子不断向外辐射能量，其能量要逐渐减少，电子绕核旋转的频率就会连续变化，原子发光光谱应该是连续光谱.同时，随着能量降低，电子轨道半径会逐渐减少，逐渐接近原子核而最后和核相碰

3、.这样的原子结构是一种不稳定结构.但是，事实上氢原子是稳定的.氢原子发出的线光谱具有一定的规律性，不是连续光谱.22-3氢原子的玻尔理论中，势能为负值，它的含义是什么？答：以电子在自由状态时为势能零，束缚态的电子就是负值.其值等于电子脱离束缚称为自由电子所需要的能量，即束缚能.22-4为什么在玻尔的氢原子理论中，略去了原子内粒子间的万有引力作用？答：原子内的粒子间距离很近，万有引力作用远小于电磁相互作用.22-5说明玻尔理论的要点是什么？为什么说玻尔理论是半经典半量子的？答：玻尔的氢原子理论在三条假设：（1

4、）定态假设电子在原子中，只能在一些特定的圆轨道上运动而不辐射电磁波，这时原子处于稳定状态（定态），并具有一定的能量，稳定状态的能量是不连续的.（2.）轨道角动量量子化假设电子以速度〃在半径为厂的圆周上绕核运动时，只有电子的角动量厶等于h/2n的整数倍的那些轨道才是稳定的，即(22-2)L二mDr—n——2龙(3.)跃迁假设当原子从高能量的定态跃迁到低能量的定态，即电子从高能量5的轨道跃迁到低能量&的轨道上时，要发射能量.玻尔理论认为微观粒子遵守经典力学规律，具有一定的运动轨道，因而是半经典的，同时引入的三个

5、假设，引入了量子化条件，能量是量子化的，因而，又是半量子化的.玻尔理论是经典量子力学的开始.22-6元索的周期排列与价电子数目有什么关系？答：元素的周期排列市价电子在不同的壳层中周期性填充决定的.同一壳层的填充形成一个周期.具有相同价电子数目的元素属于同一族元素，具有相似的性质.22-7为什么粒子数反转是获得激光的一个重要前提？二能级结构为什么不容易实现粒子数反转？答：一般情况下，处于热平衡状态的物质屮，处于低能级的电子数多于处于高能级的电子数，遵守玻耳兹曼分布定律.在温度为厂时，处于&和E2的电子数目Z比

6、是N=严2的耐已知E2>Q，所以N>N2,即处于低能级上的电子数大于高能级上的电子数，这种分布叫做粒子数的正常分布.此时，光吸收过程较光受激辐射过程占优势，难以产生连续的受激辐射.要实现光放大，必须使高能级上的电子数大于在低能级上的电子数，即这种分布叫粒子数布居反转，简称粒子数反转.粒子数反转是实现受激辐射、得到光放大的必要条件.二能级结构的物质要实现粒子数反转需要很高的泵浦速率，而三能级结构的中间能级是亚稳态，寿命较反，容易在中间能级和基态能级之间实现粒子数反转.22-8氨氛激光器和红宝石激光器屮都利

7、用了激活剂，激活剂的作用是什么？答：产生激光的物质直接接收能量的效率率很低，激活剂的接收泵浦能量的效率很高,其激发态能级与产牛激光的物质的激发态能级接近，很容易将能量通过碰撞转移到工作物质，提高了泵浦效率，容易实现粒子数反转.22-9谐振腔的主要作用有哪些？没有谐振腔能否实现激光输出？答：光学谐振腔的作用有三个•第一，能产生和维持光振荡.第二，使激光的方向性很好.第三，谐振腔使激光的单色性好因此谐振腔起到选频作用.没有谐振腔，无法实现激光输出.22-10如果一个粒子的速率增大了，它的德布罗意波长是增加还是减

8、小？为什么？Fh答：减小.由公式V=-,A=~可得出这一结论.hp22-11日常生活屮，为什么察觉不到粒子的波动性和电磁辐射的粒子性呢？答:物质粒子在经典物理屮被看作经典粒子而略去其波动性,是由于h是一个很小的量,实物粒子的波长很小，在一般宏观条件下，波动性不会表现出来，电磁辐射波长很长，一般条件下不会表现出粒子性.22-12什么是不确定关系？为什么说不确定关系指出了经典力学的适用范围？答：在微观粒子川，由于波粒