[工学]第二讲量子力学12006qiu.ppt

因为自由电子若吸收光子，就无法同时满足 能量守恒和动量守恒。 1. 为什么康普顿效应中的电子不能像光电效应 那样吸收光子而是散射光子？ 三. 讨论几个问题 违反相对论！ ∴自由电子不可能吸收光子，只能散射光子。 自由电子吸收光子 2. 为什么在光电效应中不考虑动量守恒？ ∴光子 ? 电子系统能量仍可认为是守恒的。 在光电效应中，入射的是可见光和紫外线， 光子能量低，电子与整个原子的联系不能忽略， 原子也要参与动量交换， 光子 ? 电子系统动量 不守恒。 又因原子质量较大，能量交换可忽略， 3. 为什么可见光观察不到康普顿效应？ 因可见光光子能量不够大，原子内的电子不 能视为自由，所以可见光不能产生康普顿效应。 四. 康普顿散射实验的意义 ▲ 支持了“光量子”概念，进一步证实了 ▲ 首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子 具有动量”的假设 ▲ 证实了在微观领域的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。 康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖。 p = ? /c = h? /c = h /? ? = h? 康普顿 （A. H.Compton) 美国人(1892-1962） 光(波)具有粒子性 一.德布罗意假设 ? 那么实物粒子也应具有波动性。 实物粒子具有波动性吗? L.V. de Broglie （法，1892?1986） 从自然界的对称性出发，认为： 既然光(波)具有粒子性 1924.11.29德布洛意把题为“量子理论的研究” 的博士论文提交巴黎大学。 §5 实物粒子的波动性 与粒子相联系的波称为物质波 或德布罗意波， 一个能量为E、动量为 p 的实物粒子同时 具有波动性， 他在论文中指出： 关系与光子一样： 它的波长?、频率? 和 E、p的 爱因斯坦 ─ 德布罗意关系式 ? ─ 德布罗意波长 （de Broglie wavelength） 物质波的概念可以成功地解释粒子领域中令 人困惑的轨道量子化条件。 朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦， 爱因斯坦称赞说： “揭开了自然界巨大帷幕的一角” “瞧瞧吧，看来疯狂，可真是站得住脚呢” 论文获得了评委会的高度评价。 U=100V 时，? =1.225? 经爱因斯坦的推荐，物质波理论受到了关注。 答辩会上，佩林问： “这种波怎样用实验耒证实呢？” 德布洛意答道： “用电子在晶体上的衍射实验可以做到。” 算算电子的波长： 设加速电压为U （单位为伏特） － X射线波段 （电子v c） 二.电子衍射实验 ▲ 戴维孙(Davisson)革末(Germer)实验(1927) 当满足2dsin? = k? ， k = 1，2，3?时， 可观察到 I 的极大。 G Ni 片 （单晶） 抽真空 U I C C C I 当 ，2C, 3C…时， 可观察到电流I的极大。 ▲ 汤姆孙（G.P.Thomson）实验（1927） 衍射图象 1929年德布罗意获诺贝尔物理奖； 1937年戴维孙、汤姆孙共获诺贝尔物理奖。 实验原理 电子通过金的多晶薄膜的衍射实验 路易.德不罗意 Louis.V.de Broglie 法国人 1892 — 1986 提出电子的波动性 1929年获诺贝尔物理奖 “一定要不惜任何代价，找到一个理论根据”。 普朗克认为： 才能避免“紫外灾难”。 (2)应该有 他提出交换能量的最小单位是“能量子” （n =1，2，3…）， 普朗克由此从理论上导出了前面的辐射公式。 普朗克不满足内差公式的成功， “这属于物理方面的基本问题” 振动时辐射能量或吸收能量。 他设想： 性谐振子， 的信中写到： 他在给伍德 辐射黑体中的分子原子可看作线 (1)振子熵 S =k ln? ， ? 应有限→能量应分立。 “振子”的概念（1900年以前） 物体可用无数个有节奏跳动的粒子（振子）代表 经典理论：振子的能量取连续值加热或光照振子吸收任意值的能量振子振动剧烈程度降低辐射任意值的能量 普朗克提出交换能量的最小单位是“能量子” （n =1，2，3…）， 普朗克由此从理论上导出了前面的辐射公式。 1921 叶企孙，W.Duane， H.H.Palmer 测得： 1986推荐值： 1998推荐值： 一般取： 普朗克公式 后来被定为“量子论的诞生日”。 ▲ 普朗克公式的得出，是理论和实验结合的典范。 ▲ 量子论是不附属于经典物理的全新的理论， ▲ 1918年Planck 60岁时获得了诺贝尔物理奖。 的发展在此后又经过了十几年的曲折和反复。 辐射定律的形式，以至于量子理论的基础， 的理论”的论交到了德国自然科学会， 这一天 1922年P