文档介绍：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描述原子的崭新理论————量子力学在量子力学在 1924-1928 1924-1928 年诞年诞生了! 生了! 本章将简要介绍:一些不同于经典物理的一些新思本章将简要介绍:一些不同于经典物理的一些新思想、新概念及简单应用。介绍只能想、新概念及简单应用。介绍只能““言犹未尽言犹未尽””。。 波粒二象性及实验验证波粒二象性及实验验证 1 1。经典物理中的波和粒子。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波和粒子是两种仅有的、又完全不同的能量传播方式。式。??在经典物理中,无法同时用波和粒子这两个概念去在经典物理中,无法同时用波和粒子这两个概念去描述同一现象。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。量可精确测定。??波具有空间扩展性,其特征量为波长和频率,也可波具有空间扩展性,其特征量为波长和频率,也可精确测定。精确测定。波长测定的一个波长测定的一个方法: 方法: ““拍频法拍频法””已知已知 v v 1 1,测定,测定即可测定即可测定 v v 2 2, ,但至但至少观察到一个拍, 少观察到一个拍, 至少需要时间: 至少需要时间: v?v t??? 1在该段时间波行在该段时间波行路程: 路程: tVx???????? 2vv 2??????x要无限精确地测准波长,就必须在要无限精确地测准波长,就必须在无限扩展的空无限扩展的空间中间中进行观察。如果波被进行观察。如果波被禁闭禁闭呢? 呢? 2. 1923 1923 年,康普顿散射,再一次体现了年,康普顿散射,再一次体现了光在传播中显示波动光在传播中显示波动性,在能量转移时显示粒子性性,在能量转移时显示粒子性的二象性特征。的二象性特征。 3. “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 1672 年,牛顿,光的微粒说年,牛顿,光的微粒说 1678 1678 年,惠更斯,光的波动说年,惠更斯,光的波动说 19 19世纪末,麦克斯韦,光是一种电磁波世纪末,麦克斯韦,光是一种电磁波 1905 1905 年,爱因斯坦,光量子年,爱因斯坦,光量子? hp??hE?------ ------ 光的波粒二象性光的波粒二象性, , E P v ??法国物理学家德布罗意( Louis Victor de Broglie 1892 – 1987 ) 德布罗意指出德布罗意指出任何物体都伴随以波, 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。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。德布罗意还给这种波称德布罗意物质波。德布罗意还给出了动量的为出了动量的为 P P的粒子所伴随波的波长的粒子所伴随波的波长λλ与与P P 的关系式, 的关系式, P h??另外自由粒子的能量和所伴随的波的频率之间的关系为另外自由粒子的能量和所伴随的波的频率之间的关系为?hE?。。。著名的德布罗意关系式。( 1924 年) 2 2 4 0 p E m c c ? ?例在一束电子中,电子的动能为, 求此电子的德布罗意波长? eV 200 ?解 20k2 1,vvmEc??? 0 k2m E?v 1-61 31 19sm 10 10 10 200 2????????????vnm 10 67 .8 2???? nm 10 10 10 63 .6 6 31 34 0?????????vm h?c ?? v?此波长的数量级与 X射线波长的数量级相当. 1 1)关于实验方法和观察条件: )关于实验方法和观察条件: 利用波的干涉和衍射等特征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) 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。静质量愈小,波长愈大,容易满足条件。 2e m c ? k 100 eV E? ??? 晶体原子间距晶体原子间距 4. d ???波动性显现波动