第12章 量子物理基础-精品课程-大学物理=厦门大学.pptxVIP

第五篇 量子物理第十二章 量子物理基础 §12-1 黑体辐射与能量量子化的假设 §12-2 光电效应 §12-3 康普顿效应 §12-4 氢原子光谱与玻尔的氢原子理论 §12-5 微观粒子的波粒二象性 §12-6 测不准关系 §12-7 薛定鄂方程 §12-8 无限深势阱中的粒子 §12-1 黑体辐射与能量量子化的假设一、黑体辐射与能量量子化的假设1．黑体辐射基本规律（1）黑体：能完全吸收入射到其表面上的所有频率辐射的物体。 黑体辐射与黑体的温度有关。与普朗克公式普朗克（Planck）公式: 普朗克公式在整个频段与实验符合较好2．普朗克的能量子化假设 普朗克假设的意义：能量量子化。普朗克（Planck）（1858―1947）§12-2 光电效应一．光电效应的实验规律1．光电效应：光照到金属表面时，金属中的电子吸收光的能量而逸出金属表面的现象。2. 光电效应的实验规律1）电子初动能只与入射光的频率有关，而与入射光强无关。3）光电效应无延时。 二．经典理论在解释光电效应时的困难： 1）电子初动能决定于光强。2）不存在红限频率。3）产生光电效应需时间。三．爱因斯坦的光子假说1. 光子假说： 一束光是由光粒子（光子）流组成。光子的能量和动量分别为：2. 光电效应的实质： ——光电效应方程，其中A称为金属的逸出功。3．光子说对光电效应的成功解释：4．光的波粒二象性 1905年，爱因斯坦利用在专利局的业余时间写了6篇论文．其中4月、5月、12月的3篇是关于液体中悬浮粒子布朗运动的理论．他设想通过观测由分子运动的涨落现象所产生的悬浮粒子的无规则运动，来测定分子的实际大小，试图解决科学界和哲学界长期争论不休的原子是否存在的问题．3年后由法国物理学家佩兰的精密实验证实．3月的论文《关于光的产生和转化的一个推测性的观点、把普朗克的量子概念应用到光的传播，认为光是由光量子组成的，它们既具有波动性又有粒子性，从而圆满地解释了光电效应（10年后由密立根实验证实）．因此，爱因斯坦获得了1921年度诺贝尔物理学奖．6月的论体论运动物体的电动力学中，完整地提出了狭义相对性理论．由于这三个不同领域中取得的历史性成就，才使他在1908年有缘进人学术机构工作．狭义相对论建立以后，爱因斯坦并不满足，力图把相对性原理推广到非惯性系．他从惯性质量！司引力质量相等这一事实出发，经过10年艰苦探索，于1915～1916年创立了广义相对论．随后，爱因斯坦用广义相对论的结果来研究整个宇宙的时空结构．1917年发表论文《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》，他以科学论据推论宇宙在空间上是有限无界的，这是宇宙观的一次革命．1924年与印度物理学家玻色提出单原子气体的量子统计理论，即玻色－爱因斯坦统计．1925年至1955年间，爱因斯坦几乎全力以赴地去探索统一场论．他力图把广义相对论再加以推广，使它不仅包括引力场，也包括电磁场，即寻求一种统一场理论．遗憾的是他始终没有成功．然而，从70年代开始，统一场论的思想以新的形式重新显示出生命力，为物理学未来的发展指出了方向．§12-3 康普顿效应一．康普顿效应的实验规律 三．光量子假说对康普顿效应的成功解释： 1．康普顿效应的实质：光子与散射物中的自由电子和束缚 电 子发生碰撞。 3. 波长的改变与散射角的关系：§12-4 氢原子光谱与玻尔的氢原子理论一．氢原子光谱 二．玻尔的氢原子理论 3．氢原子的定态能量及相应的电子轨道半径： 4．玻尔理论对氢原子光谱的成功解释：5．玻尔理论的局限性：半经典的理论 §12-5 微观粒子的波粒二象性一．德布罗意波的概念 1．微观粒子的波粒二象性： 微观粒子除了具有粒子性外，也具有波动性的一面，是波粒二象性的统一。微观粒子所表现出来的这种波动，称为德布罗意波。 2．德布罗意波的波长和频率：二．德布罗意波的实验证明三．德布罗意波函数1．波函数 平面简谐波函数 自由粒子波函数 一般粒子波函数： 2．波函数的统计意义结论： 德布罗意波是一种概率波，波函数反映微观粒子在空间的几率分布。3．概率分布若适当选择?，使得?满足归一化条件：则C=1，于是：结论：电子圆孔衍射四．波函数的性质1）单值2）连续3）有限4）归一：经典力学与量子力学对粒子运动的不同描述经典力学：运动方程?任一时刻的位置、动量、能量……──决定论量子力学：波函数 ?粒子在各位置、各动量、各能量......出现的概率──非决定论德布罗意 (Louis Victor due de Broglie, 1892-1960) §12-6 测不准关系 测不准关系是波粒二象性的结果 测不准关系指出经典力学的适用范围： 测不准关系否定了微观粒子的轨道运动――与电子运动速度同一数量级。 §12-7 薛定谔方程一. 薛定谔方程自由粒子方程：外场