原子物理学ch3-part1新课件.pptx

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1、第三章第三章量子力学导论内容：1、玻尔理论的困难2、波粒二象性3、不确定关系4、波函数及统计解释5、薛定谔方程重点：波粒二象性及不确定关系；波函数及其统计解释；薛定谔方程6、平均值与算符*7、氢原子的薛定谔方程解*HistoryOldQuantumtheory1900Planck1905Einstein(Compton)1913Bohr1925Pauli,Ulenbeck,GoudsmithNewQuantumtheory1924deBroglie1925-1928Heisenburg,Born,Schrodinger,Dirac1900年，普朗克，黑体辐射

2、，谐振子能量量子化1913年，玻尔，氢原子光谱，量子态1925年，海森堡、玻恩、约旦，狄拉克矩阵力学1926年，薛定谔波动力学1927年，海森堡不确定关系1924年，德布罗意，物质波假说发展简介1905年，爱因斯坦，光电效应，光量子DeBroglieWHeisenbergESchroedingerPAMDirac§11玻尔理论的困难定态到底为什么不能辐射?[态的寿命？]从现在开始要抛弃（玻尔）电子固定轨道的概念，要开始用统计的观点！Rutherford:“跃迁时，电子必须事先知道它要往哪里跳，才知道该吸收哪个能量的光；但是不吸收光，又怎么知道末态的情况”—逻

3、辑循环[跃迁的来源、几率？]Schrodinger：“糟透的跃迁”—电子在跃迁中在哪里？[跃迁过程之细节？]§12波粒两象性思想方法自然界在许多方面都是明显地对称的，他采用类比的方法提出物质波的假设.“整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法；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’的图象想得太多，而过分地忽略了波的图象呢？”法国物理学家德布罗意（LouisVictordeBroglie1892–1987)Wave-particleduality用拍来测量一个波的波长（与已知的波拍）(1)经典物理中的波

4、和粒子要无限精确地测准频率（波长），就需要花费无穷长的时间（空间）！粒子具有完全的定域性，而波是空间无限扩展的。2llnlnD=DÞ=cc2ll³DDx得到D=Dtcx其间，波走过了,1,1nn³DDD³Dtt或观测到一个拍所需要的时间是(2)光的波粒二象性描述光的粒子性描述光的波动性光子相对论能量和动量关系（2）粒子性：（光电效应等）（1）波动性：光的干涉和衍射（3）德布罗意假设（1924年）德布罗意假设：实物粒子具有波粒二象性.德布罗意公式2）宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测量的程度，因此宏观物体仅表现出粒子性.注意1）若则若则例在一束电子中，电子的

5、动能为，求此电子的德布罗意波长？解此波长的数量级与X射线波长的数量级相当.（4）德布罗意波的实验证明：戴维孙—革末电子衍射实验（1927年）德布罗意的方程三年后通过两个独立的电子散射实验被证实于电子（具有静止质量）身上。在贝尔实验室ClintonJosephDavisson和LesterHalbertGermer以低速电子束射向镍单晶获得电子经单晶衍射，测得电子的波长与德布罗意公式一致。在阿伯丁大学，GeorgePagetThomson以高速电子穿过多晶金属箔获得类似X射线在多晶上产生的衍射花纹，确凿证实了电子的波动性；以后又有其他实验观测到氦原子、氢分子以

6、及中子的衍射现象，微观粒子的波动性已被广泛地证实。根据微观粒子波动性发展起来的电子显微镜、电子衍射技术和中子衍射技术已成为探测物质微观结构和晶体结构分析的有力手段。德布罗意于1929年因为这个假设获得了诺贝尔物理学奖。Thomson和Davisson因为他们的实验工作共享了1937年诺贝尔物理学奖。1927年，戴维逊和革末，电子衍射实验，测量了电子波的波长，证实了德布罗意假设。1．实验装置一、戴维逊-革末实验2．实验结果(1)当U不变时，I与的关系如图不同的，I不同；在有的上将出现极值。(2)当不变时，I与U的关系如图当U改变时，I亦变；而且随了U周

7、期性的变化3．实验解释晶体结构：当时加强----布拉格公式。波程差：两相邻晶面电子束反射射线干涉加强条件可见，当、满足此式时，测得电流的极大值。当时，与实验结果相近.镍晶体电子波的波长SeeP.81,Fig.12.6实验证明了电子确实具有波动性，也证明了德布罗意公式的正确性。并进一步证明：一切实物粒子(电子、中子、质子等）都具有波动性。对于通过电压U加速的电子：当U不变时，改变，可使某一满足上式，出现极大值当不变时，改变U，可使某一U满足上式，出现极大值。二、G.P.汤姆逊实验1927年英国物理学家G.P.汤姆逊做了电子通过金多晶薄膜的衍射实验19

8、29年德布罗意获诺贝尔物理奖。1937年戴维逊与G.