文档介绍：原子物理学精品课课件
第三章量子力学初步
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第三章量子力学初步
玻尔理论的困难,迫使新一代物理学家努力寻找更完整、更准确、应用面更为广泛的原子理论。一门描述原子的崭新理论——量子力学在1924-1928年诞生了!
本章将简要介绍:一些不同于经典物理的一些新思想、新概念及简单应用。介绍只能“言犹未尽”。
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波粒二象性及实验验证
1。经典物理中的波和粒子
波和粒子是两种仅有的、又完全不同的能量传播方式。
在经典物理中,无法同时用波和粒子这两个概念去描述同一现象。
粒子可视为质点,具有完全的定域性,其位置、动量可精确测定。
波具有空间扩展性,其特征量为波长和频率,也可精确测定。
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波长测定的一个方法:“拍频法”
已知v1,测定即可测定v2,但至少观察到一个拍,至少需要时间:
在该段时间波行路程:
要无限精确地测准波长,就必须在无限扩展的空间中进行观察。如果波被禁闭呢?
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1923年,康普顿散射,再一次体现了光在传播中显示波动性,在能量转移时显示粒子性的二象性特征。
“整个世纪以来,在辐射理论上,比起关注波动的研究方法来,是过于忽略了粒子的研究方法; 在实物粒子理论上,是否发生了相反的错误呢? 是不是我们关于‘粒子’的图象想得太多,而过分地忽略了波的图象呢?”
1672年,牛顿,光的微粒说
1678年,惠更斯,光的波动说
19世纪末,麦克斯韦,光是一种电磁波
1905年,爱因斯坦,光量子
------光的波粒二象性
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法国物理学家德布罗意(Louis Victor de Broglie 1892 – 1987 )
德布罗意指出任何物体都伴随以波,不可能将物体的运动和波的传播分拆开来。这种波称德布罗意物质波。德布罗意还给出了动量的为P的粒子所伴随波的波长λ与P 的关系式,
另外自由粒子的能量和所伴随的波的频率之间的关系为
。。。著名的德布罗意关系式。(1924年)
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例在一束电子中,电子的动能为,求此电子的德布罗意波长?
解
此波长的数量级与 X 射线波长的数量级相当.
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1)关于实验方法和观察条件:
利用波的干涉和衍射等特征
仪器特征线度(障碍物和孔、缝的尺度)
静质量愈小,波长愈大,容易满足条件。
晶体原子间距
波动性隐匿
波动性显现
1924年de Broglie提出用晶体作光栅观察电子束衍射
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2)戴维孙-革末实验(1927年)
干涉相长条件
Ni单晶
电子束
检测器
散射强度
电子的物质波经各晶体原子散射后发生干涉
理论值
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3)汤姆孙实验(1927年)
多晶金属箔
电子束
衍射图样
与X光多晶衍射图样相同
1961年Jönsson实验观察到电子的多缝干涉
中子、质子、原子和分子的波动性相继被验证
X射线
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