大学物理下第十五章[精选].ppt

第15章 量子物理基础 §15.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 二. 不确定关系 1. 动量 — 坐标不确定关系 微观粒子的位置坐标 x 、 动量 分量 px 不能同时具有确定的值。 一个量确定的越准确，另一个量的不确定程度就越大。 分别是 x、 px 的不确定量，其乘积 下面借助电子单缝衍射试验加以说明。 px 电子束 x 电子经过狭缝，其坐标 x 的不确定量为 △x ； 大部分 电子落在中央明纹 △x px 0 电子经过狭缝，其坐标 x 的不确定量为 △x ； 电子束 △x 动量分量 px的不确定量为 x 减小缝宽 △x, x 确定的越准确 px的不确定度, 即△px越大 原子的线度约为 10-10 m ，求原子中电子速度的不确定量。 电子速度的不确定量为 氢原子中电子速率约为 106 m/s。速率不确定量与速率本身的数量级基本相同，因此原子中电子的位置和速度不能同时完全确定，也没有确定的轨道。 原子中电子的位置不确定量 10-10 m，由不确定关系 例 解 说明 2. 能量 — 时间不确定关系 反映了原子能级宽度△E 和原子在该能级的平均寿命 △t 之间的关系。 基态 辐射光谱线固有宽度 激发态 E 基态 寿命△t 光辐射 能级宽度 平均寿命 △ t ~ 10-8 s 平均寿命 △ t ? ∞ 能级宽度 △E ? 0 一. 波函数及其统计解释 微观粒子 具有波动性 用物质波波函数描述 微观粒子状态 1925年薛定谔 例如 自由粒子沿 x 轴正方向运动，由于其能量、动量为常量，所以 v 、 ? 不随时间变化，其物质波是单色平面波，波函数为 §15.6 波函数 一维定态薛定谔方程 波函数的物理意义： —— t 时刻，粒子在空间 r 处的单位体积中出现的概率，又称为概率密度 1. 时刻 t , 粒子在空间 r 处 dV 体积内出现的概率 2. 归一化条件 (粒子在整个空间出现的概率为1) 3. 波函数必须单值、有限、连续 概率密度在任一处都是唯一、有限的, 并在整个空间内连续 电子数 N=7 电子数 N=100 电子数 N=3000 电子数 N=20000 电子数 N=70000 单个粒子在哪一处出现是偶然事件； 4. 大量粒子的分布有确定的统计规律。 出现概率小 出现概率大 电子双缝干涉图样 N.玻尔、M.玻恩、 W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康普顿、M.居里、P.A.M 狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森堡、 郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔 等 第五次索尔维会议与会者合影(1927年) 本章内容 15. 1 热辐射 普朗克能量子假设 15. 2 光电效应 爱因斯坦光子假说 15. 3 康普顿效应 15. 4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 15. 5 微观粒子的波粒二象性 不确定关系 15. 6 波函数 一维定态薛定谔方程 15. 7 氢原子的量子力学描述 电子自旋 热辐射 : 由温度决定的物体的电磁辐射。 一. 热辐射 §15.1 热辐射 普朗克能量子假设 头部热辐射像 头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这种差异可通过热象仪转换成可见光图象。 单色辐出度 0 1.0 1.75 波长 ( ?m ) 辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。 物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。 室温 高温 吸收 辐射 白底黑花瓷片 单色辐射出射度（单色辐出度）：一定温度 T 下，物体单位面元在单位时间内 发射的波长在 ?~ ? +d? 内的辐射能 dM? 与波长间隔 d? 的比值 辐出度：物体 (温度 T) 单位表面在单位时间内发射的辐射能，为 温度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。 ? 说明 二. 黑体辐射 绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。 黑体辐射的特点 ： 与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强 煤烟 约99% 黑体模型 物体热辐射 温度 材料性质 黑体热辐射 温度 材料性质 1. 斯特藩——玻耳兹曼定律 式中 辐出度与 T 4 成正比. 2.