早期量子论202.pptVIP

例 已知氢原子的电离能为 13.60 eV。 设氢原子处 在某一定态，从该定态移去一个电子所需要的能量是 0.85 eV。 通常把电子从基态跃迁到其它定态（激发态）所需要的能量称为 激发能，试问从上述定态向激发能为 10.20eV 的另一定态跃迁时， 所产生的谱线的波长是多少？属什么线系？ 故由 En 跃迁到 Em 发出的谱线波长为 由 故谱线属巴尔末系。 解 ： 由频率条件 E1 =-13.6eV En=-o.85ev Em=-3.40ev E∞ 路易斯。德布罗意（Louis de Broglie 1892-1987)法国物理学家，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。出身贵族，中学时代显示出文学才华。1910年在巴黎大学获文学学士学位，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。 24.5 微观粒子的波粒二象性 1905年，光量子假说 ： 光的波粒二象性 粒子性 波动性 （能量） （频率） （动量） （波长） h 两组力学量通过h来联系 24.5.1、德布罗意假设 L.V. de Broglie （法，1892-1987） 从自然界的对称性出发 认为: 既然光(波)具有粒子性 那么实物粒子也应具有波动性 1924.11.29 德布罗意把 题为“量子理论的研究”的博士论文提交巴黎大学 不仅光具有波粒二象性，而且一切实物粒子(静止质量m0≠0的粒子）也具有波粒二象性。 德布罗意关系式 h 粒子性 波动性 与实物粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波 ? -- 德布罗意波长 一个总能量为E（包括静能在内）,动量为 p 的实物粒子同时具有波动性, 且满足 经爱因斯坦的推荐，物质波理论受到了关注，物理学家们纷纷做起了电子衍射实验。 论文答辩会上有人问: “这种波怎样用实验来证实呢？！” 德布罗意答： “用电子在晶体上的衍射实验可以证实。” 爱因斯坦对此论文高度评价为： “他揭开了自然界舞台上巨大帷幕的一角！” 实验证实了德布罗意的想法，为此他获得了1929年的诺贝尔物理学奖。 轻元素 重元素 1926年，吴有训对不同物质的康普顿效应进行了仔细研究 与散射物质无关， 仅与散射角有关 对实验结果的分析 1.经典波动理论不能解释 光作用 带电粒子作同频受迫振动 辐射同频光波(散射光),波长不变 2.定性分析(爱因斯坦光子理论解释康普顿散射) 假设单个光子与实物粒子一样，能与电子发生弹性碰撞。 1。在碰撞过程中，一个自由电子吸收一个入射光子的能量后，并向某一方向发射一个散射光子，电子受到反冲而获得一定的动量和能量，光子的能量为 ， 散射光子的频率比入射光子频率小。（即波长 ）。 2。如果光子与原子中束缚紧的电子碰撞，相当于光子与整个原子碰撞，因原子质量比光子大很多，按碰撞理论，散射光子的能量不会改变。可以观察到散射线中有与入射线波长相同的射线 光子动量 3、定量解释 假定：入射光由光子组成；光子和散射物中的电子发生碰撞 而被散射。 物理图象：一个入射X光子与一个原来静止的自由电子弹性 碰撞，满足能量、动量守恒。 简化：因光子能量 电子的束缚能?电子看作是自由电子； 因光子能量 电子热运动能量? 电子看作碰前静止 光子能量 利用余弦定理： 或 能量守恒： 动量守恒： (1) (3) (2) 能量、动量守恒 (1) (3) (4) (5) (4)–(5) 由(1) 由(3) 式中? c = h /m0 c = 0.0024 nm. ----- 康普顿波长 4、讨论 1).??只和 ? 有关， ?? ? ??? 同除 2).还有 ?0的散射光存在 例：光电效应实验中是否也存在康普顿效应？ 康普顿效应 0.005nm 光电效应实验中光的波长（λ）100nm左右，远大于△λ， 康普顿效应不明显。 康普顿效应实验中X射线波长0.01~0.1nm, △λ与λ相差不大，现象明显。 康普顿散射实验的意义 ·有力支持了爱因斯坦的“光子”概念， ·证实了在微观的单个碰撞事件中，动量守恒、能量守恒定律仍然成立 用动量守恒定律和能量守恒定律证明：一个自由电子不能一次完全吸收一个光子。 解：假设一个自由电子可以一次完全吸收一个光子。如图所示，设相互作用前后电子的动量分别为 和 ，光子的频率为 ? ，电子的静止质量为 m0 ，则根据动量守恒定律和能量守恒定律可知： (1) (2) (1)式两边平方有： 即： (3) (2)式两边平方有： (4) (3)式和(4)式联立可推出： 进而可推出： 而这是不可能的，由此可见，原假设不成立。这就证明了一个