第十八章(修改版).ppt

吉林大学 物理教学中心 第十八章 波粒二像性 18.1 热辐射 普朗克能量子假说 吸收比： 18.1.2 黑体辐射的实验规律 三、黑体辐射实验规律 （2）维恩位移定律 b、瑞利 — 金斯公式 二、普朗克量子假说 18. 2 光电效应 爱因斯坦光子假说 18.2.2 爱因斯坦光子假说 3、对实验规律的成功解释 4、光电效应的应用 18.2.3 康普顿效应 ② 光子假说的解释 四、 康普顿散射实验的意义 18.3 原子光谱 玻尔原子理论 18.3.2 原子光谱（atomic spectrum） 18.3.3 玻尔的原子理论 三、对氢原子的计算 3、能 量 波数为 氢原子能级图 四、玻尔原子理论的意义： 18.4 实物粒子的波动性 18.4.2 电子衍射实验 实物粒子的波粒二象性 老妇？少女？ 18.4.3 测不准关系（uncertainty relation） 考虑到中央明纹以外的少量电子， 二、能量与时间的不确定关系 （1）揭示了微观体系应遵循量子化规律。 （2）指出有的经典理论已不再适用于原子内部的微观过程，并指出“定态能级”和“能级跃迁”决定谱线频率的崭新概念。 五、玻尔原子理论的局限性： （1）这一理论是非相对论的； （2）它没有给出计算光谱线强度的方法； （3）它不能解释多电子原子的光谱； （4）它甚至说明不了氢光谱的精细结构； （5）玻尔理论对轨道角动量所给出的定则，不如实际上所遵从的原则完备。 例8. 氢光谱的某一线系的极限波长为 其中有一谱线波长为 求该波长相应始态与终态能级能量。 解： 极限波数 。由玻尔氢原子理论 终态 始态 例8 例9. 发射光谱中，仅观察到三条巴耳末系光谱线，试求：这三条光谱线中波长最长的那条谱线波长及外来光的频率。 第一激发态氢原子被外来单色光激发后， 解： 由 n=3→2对应波长最长： 外来光频率是n=5→2: 例9 18.4.1 德布罗意假设（De Broglie hypothesis ） 实物粒子也具有波动性。波的频率n、波长l 与粒子的能量E、动量P 的关系分别为 此波称为物质波，相应波长称为德布罗意波长。 在氢原子中，电子绕核运动轨道的周长恰好等于整数个德布罗意波长，即 所以 得 对电子有 此时物质波长为 当U = 150V 时，l =10-10 m 这与X射线的波长大致相同。因此可以通过晶体衍射现象来确定电子波实际存在的可能性。 称为德布罗意公式 （轨道角动量量子化条件） 实验装置 实验结果 j U M K G I 5 10 15 20 当加速电压U单调增加时，电流I不是单调地增加，而是有一系列的极大值，明显地表现出有规律的选择性。 戴维逊/革末单晶衍射。 经典理论： 反射电子流强度↑，无起伏现象。 量子理论： 电子是波动，则根据布拉格公式 理论解释 得 及入射电子波波长 只有满足上式的电压U，电流强度I才有极大值。 汤姆逊多晶衍射实验 衍射图像 衍射图像 戴维逊、汤姆逊共获1937年诺贝尔物理奖。 实物粒子 波动性 （几率波）与经典波意义不同 粒子性 （无固定轨道）与经典粒子有区别 微观粒子在某些条件下表现出粒子性，在另一些条件下表现出波动性，而两种性质虽寓于同 一体中，却不能同时表现出来。 两种图象不会同时出现在你的视觉中。 著名卡通画家 老妇显著的鼻子是少女脸庞的侧像，而少女衣领的连扣则是老妇微笑的嘴角。 Ｗ.Ｅ.Ｈill 在经典力学中，运动状态由坐标与动量来描述。对于微观粒子，由于波粒二象性，坐标与动量不可能同时准确测得。它们之间存在一种相互依赖、相互制约的关系，称为测不准关系。 一、坐标与动量的测不准关系 以单缝电子衍射实验为例 由 j D x D P 中央明纹 * 18.1.1 热辐射（Heat radiation） 物体在一定时间内辐射能量按波长分布且与温度相关的电磁辐射称为热辐射。 —— 高温物体发出的是紫外光。 —— 炽热物体发出的是可见光； —— 低温物体发出的是红外光； 温度 ? ? 电磁波短波成分 ? ? 发射能量 ? 与温度相关 平衡热辐射：（T不变） E辐射= E吸收 当物体辐射能量等于它同时间内吸收的辐射能时，物体温度保持不变，称为平衡热辐射。 与l、T 有关。 单色辐出度： 单色吸收比： a (l , T ) 与l、T 有关。 只与T 有关。 辐出度： 一、黑体（Black-body） 封闭空腔上开一小孔可视为黑体