第十三章波和粒子-上海交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院成人教育部

1、第第十三十三章章 波和粒子波和粒子黑體輻射問(wèn)題黑體輻射問(wèn)題“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難” ； 光電效應(yīng)光電效應(yīng)0,無(wú)論無(wú)論I多大多大,沒(méi)有光電子逸出沒(méi)有光電子逸出; 而它的能量只與而它的能量只與有關(guān)有關(guān),和和I無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)； 原子的線狀光譜及其規(guī)律原子的線狀光譜及其規(guī)律,巴爾末巴爾末公式的物理機(jī)制？公式的物理機(jī)制？ 原子穩(wěn)定性；原子穩(wěn)定性； 固體分子的比熱問(wèn)題固體分子的比熱問(wèn)題:0；經(jīng)典物理的幾個(gè)困難：經(jīng)典物理的幾個(gè)困難：兩大新理論的誕生：兩大新理論的誕生： 狹義和廣義相對(duì)論；狹義和廣義相對(duì)論； 量子力學(xué)量子力學(xué)1 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程光電效應(yīng)光電效應(yīng)：當(dāng)一束光照射在金屬表面上時(shí)，金屬

2、當(dāng)一束光照射在金屬表面上時(shí)，金屬表面有電子逸出的現(xiàn)象。表面有電子逸出的現(xiàn)象。GVKA-1.1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.遏止電壓遏止電壓V0遏止電壓：遏止電壓：光電子剛好不能到達(dá)光電子剛好不能到達(dá)A極時(shí)所加的反極時(shí)所加的反向電壓值向電壓值 V0 。2021mmveV 2.截止頻率（紅限）截止頻率（紅限）AhmveVm2021OV00其中其中: A逸出功逸出功光電效應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)的性質(zhì)。光電效應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)的性質(zhì)。 t m)譜線的波數(shù)可以表示為兩光譜項(xiàng)之差。譜線的波數(shù)可以表示為兩光譜項(xiàng)之差。光譜項(xiàng)：光譜項(xiàng)：2)(nRnT)11(22nmcRc萊曼系：萊曼系：（紫外光紫外光）22111nRH

3、, 3 , 2n帕邢系：帕邢系：（紅外光紅外光）22131nRH, 5 , 4n布拉開(kāi)系：布拉開(kāi)系：（紅外光紅外光）22141nRH, 6 , 5n普豐德系：普豐德系：（紅外光紅外光）22151nRH, 7 , 6n3.2 玻爾玻爾理論理論1、原子中的電子只能在一些分裂的軌道上運(yùn)行，、原子中的電子只能在一些分裂的軌道上運(yùn)行，在每一個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)電子處于穩(wěn)定的能量狀態(tài)。在每一個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)電子處于穩(wěn)定的能量狀態(tài)。3、軌道角動(dòng)量呈量子化。、軌道角動(dòng)量呈量子化。), 3 , 2 , 1(2nnhnmvrL2、當(dāng)電子從一個(gè)能態(tài)軌道向另一個(gè)能態(tài)軌道躍、當(dāng)電子從一個(gè)能態(tài)軌道向另一個(gè)能態(tài)軌道躍遷時(shí)，要發(fā)射或吸收

4、光子。遷時(shí)，要發(fā)射或吸收光子。hEEmnmn(18851962)丹麥物理學(xué)家丹麥物理學(xué)家,哥本哈根學(xué)派的創(chuàng)始人哥本哈根學(xué)派的創(chuàng)始人,1922年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。2224nonnrervm224nonmver玻爾量子化條件：玻爾量子化條件：nnmrnhv2222menhron21nrmmehro1022110529. 0電子的軌道半徑：電子的軌道半徑：,9,4,111rrr), 3 , 2 , 1(n軌道能量：軌道能量：nonnremvE42122nnmrnhv2222menhron22248nhmeEon氫原子的基態(tài)能量：氫原子的基態(tài)能量：eV6 .1382241hmeEo氫原

5、子能級(jí)：氫原子能級(jí)：,9,4,111EEE萊曼系巴爾末系帕邢系布拉開(kāi)系普豐德系氫原子能級(jí)圖氫原子能級(jí)圖-13.58-3.39-1.51-0.85-0.540En(eV)n12354氫原子能級(jí)圖氫原子能級(jí)圖17324m10097373. 18chmeRoH22248nhmeEon比較比較)11(22nmcRc例例13.2(p461)例題例題5：如用能量為如用能量為12.6eV的電子轟擊氫原子，將的電子轟擊氫原子，將產(chǎn)生那些譜線？產(chǎn)生那些譜線？解：解：22111nmRH2211nmchRchEH2116 .136 .12n69. 36 .126 .136 .13n取取 n = 3可能的軌道躍遷可能

6、的軌道躍遷： 31 ，32 ，217227110975. 0311110097. 11m10025. 1717227210823. 0211110097. 11m10216. 1727227310152. 0312110097. 11m10579. 672例題例題6：氫原子中把氫原子中把 n = 2 狀態(tài)下的電子移離原子狀態(tài)下的電子移離原子需要多少能量？需要多少能量？解：解：mn,2chRchREEE22246 .134chReV4 . 3電子移離原子需要電子移離原子需要 3.4eV一、一、德布羅意物質(zhì)波假設(shè)德布羅意物質(zhì)波假設(shè)一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)量為m的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,其對(duì)

7、應(yīng)的波其對(duì)應(yīng)的波 稱為物質(zhì)波稱為物質(zhì)波。khphEBABABAlVEmlpblna.0d)(2d)(0d)(4 德布羅意德布羅意波波(1892)法國(guó)物理學(xué)家法國(guó)物理學(xué)家,1929年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。注：注：實(shí)物粒子的波動(dòng)既不是機(jī)械波也不是電磁波，實(shí)物粒子的波動(dòng)既不是機(jī)械波也不是電磁波，它被稱為它被稱為“物質(zhì)波物質(zhì)波”或或“德布羅意波德布羅意波”。例：例：m=1g，v=1cm/s的實(shí)物粒子的實(shí)物粒子m1063. 610101063. 6292334mvh電子質(zhì)量電子質(zhì)量 m0= 9.11 10- -31kg，加速電壓為加速電壓為VaaeVvm202102meVvanm27.1

8、2200aaVVemhvmhA1V150aV戴維孫和革末實(shí)驗(yàn)證實(shí)了德布羅意波戴維孫和革末實(shí)驗(yàn)證實(shí)了德布羅意波 電子通過(guò)金多晶薄膜的衍射實(shí)驗(yàn)電子通過(guò)金多晶薄膜的衍射實(shí)驗(yàn) 電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實(shí)驗(yàn)電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實(shí)驗(yàn)（湯姆遜（湯姆遜1927）（約恩遜（約恩遜1961)應(yīng)用應(yīng)用:電子顯微鏡電子顯微鏡,慢中子衍射技術(shù)慢中子衍射技術(shù),可用來(lái)研究晶體結(jié)構(gòu)可用來(lái)研究晶體結(jié)構(gòu)例例13.3(p463)例題例題7：計(jì)算計(jì)算25時(shí)，慢中子的德布羅意波長(zhǎng)。時(shí)，慢中子的德布羅意波長(zhǎng)。解：解：J1017. 62981038. 123232123kT221mvmmvp221271017. 610

9、67. 12124skgm1055. 4A46. 1m1046. 110ph許多相同粒子在相同條件下實(shí)驗(yàn)許多相同粒子在相同條件下實(shí)驗(yàn),粒子在同一時(shí)刻粒子在同一時(shí)刻并不處在同一位置。并不處在同一位置。用單個(gè)粒子重復(fù)用單個(gè)粒子重復(fù),粒子也不在同一位置出現(xiàn)。粒子也不在同一位置出現(xiàn)。動(dòng)量不確定度位置不確定度zyxpppzyx,5 不確定性關(guān)系不確定性關(guān)系(19011976)德國(guó)物理學(xué)家德國(guó)物理學(xué)家,量子力學(xué)矩陣形式的創(chuàng)建人量子力學(xué)矩陣形式的創(chuàng)建人, 1932年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。以電子的單縫衍射為例以電子的單縫衍射為例:1xDdpxp1pdx ，一級(jí)衍射極小d1sin1sin0ppx

10、在同一在同一ox軸線上軸線上，dppx由由p=h/,則則hpxhpxdhpxxx則如把次極大也計(jì)算在內(nèi),結(jié)論：結(jié)論：對(duì)于微觀粒子，不能同時(shí)用確定的位置對(duì)于微觀粒子，不能同時(shí)用確定的位置 和動(dòng)量來(lái)描述。和動(dòng)量來(lái)描述。海森伯不確定關(guān)系：海森伯不確定關(guān)系：hpxxhpyyhpzzhtE例例13.4;13.5(466-467)例題例題8：試比較電子和質(zhì)量為試比較電子和質(zhì)量為10g的子彈位置的不確定的子彈位置的不確定量，假設(shè)它們?cè)诹?，假設(shè)它們?cè)趚方向都以速度方向都以速度200m/s運(yùn)動(dòng)，速度的不運(yùn)動(dòng)，速度的不確定度在確定度在0.01%內(nèi)。內(nèi)。解：解：hpxx電子電子:2001011. 910%01. 0

11、314xxmvps/mkg108 . 132m1063. 3108 . 11063. 623234xxphx子彈子彈:200101010%01. 034xxmvpm103 . 3100 . 21063. 630434xxphxs/mkg100 . 24例例9 9原子中電子運(yùn)動(dòng)不存在原子中電子運(yùn)動(dòng)不存在“軌道軌道”設(shè)設(shè)電子的動(dòng)能電子的動(dòng)能 Ek=10 eV，平均速度平均速度 vv 軌道概念不適用軌道概念不適用! !例例1010威爾遜云室威爾遜云室( (可看到一條白亮的帶狀的痕可看到一條白亮的帶狀的痕跡跡粒子的徑跡粒子的徑跡) )p pm/skg1028 pm/skg1023 p 用不確定性關(guān)系作數(shù)量級(jí)估算用不確定性關(guān)系作數(shù)量級(jí)估算s /m1087. 126mEvk速度的不確定度速度的不確定度m/s1016xmhmpv例例11：關(guān)于原子核的組成關(guān)于原子核的組成(核半徑核半徑10