第15章量子物理重点与知识点精选文档.ppt
第15章量子物理重点与知识点本讲稿第一页，共二十页一一、普朗克、普朗克能量子假能量子假说说、爱爱因斯坦光量子因斯坦光量子假假说说（一）黑体辐射的实验定律（一）黑体辐射的实验定律2 2、维恩位移定律维恩位移定律 Wien Displacement LawT m=b b=2.89775610-3 mK1 1、斯特藩斯特藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律 Stefan Boltzmann LawM(T)=T 4 =5.67 10-8 W/m2K4MB (T)2200K2000K1800K1600K m本讲稿第二页，共二十页一一、普朗克、普朗克能量子假能量子假说说、爱爱因斯坦光量子因斯坦光量子假假说说（二）普朗克能量子假说（二）普朗克能量子假说 辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。性谐振子可以发射和吸收辐射能。这些谐振子只能处于某些分这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量是某一最小能量 的整数倍的整数倍对频率为对频率为 的的谐振子谐振子,最小能量最小能量(能量子能量子)为为:n为整数，为整数，称为称为量子量子数数本讲稿第三页，共二十页一一、普朗克、普朗克能量子假能量子假说说、爱爱因斯坦光量子因斯坦光量子假假说说（三）爱因斯坦光量子假说（三）爱因斯坦光量子假说1 1、爱因斯坦光量子假说、爱因斯坦光量子假说1 1）一束光是一束光是一束以光速一束以光速 C C 运动的粒子流运动的粒子流，这些粒子称为这些粒子称为光量子（光子）光量子（光子）Photon2 2）对于频率为对于频率为 的单色光的单色光 每个光子的能量每个光子的能量:W：逸出功逸出功当当频率为频率为 光照射金属时，光照射金属时，一个电子一个电子整体只吸收一个光子整体只吸收一个光子根据根据能量守恒能量守恒:2 2、爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程本讲稿第四页，共二十页一一、普朗克、普朗克能量子假能量子假说说、爱爱因斯坦光量子因斯坦光量子假假说说3 3、光的波粒二象性、光的波粒二象性 光子静止质量光子静止质量:光子的能量：光子的能量：2 2）光）光具有具有“波粒二象性波粒二象性”A)A)在有些情况在有些情况(干涉、衍射、偏振等干涉、衍射、偏振等)下，光显示出波动性下，光显示出波动性B)B)在另一些情况下在另一些情况下(热辐射、光电效应等热辐射、光电效应等),),显示出粒子性显示出粒子性1 1）光子的能量、质量与动量）光子的能量、质量与动量光子的动量：光子的动量：本讲稿第五页，共二十页一一、普朗克、普朗克能量子假能量子假说说、爱爱因斯坦光量子因斯坦光量子假假说说（四）康普顿效应（四）康普顿效应碰撞过程中碰撞过程中能量守恒能量守恒消去消去 与与V 可得可得,散射使波长的偏移量为散射使波长的偏移量为:电子电子的的康普顿波长康普顿波长:碰撞过程中碰撞过程中动量守恒动量守恒 e本讲稿第六页，共二十页二、二、氢氢原子的玻原子的玻尔尔理理论论 1913年玻尔在卢瑟福的原子结构模型的基年玻尔在卢瑟福的原子结构模型的基础上，将量子化概念应用于原子系统，提出三础上，将量子化概念应用于原子系统，提出三条假设：条假设：(3)频率条件频率条件(1)定态假设定态假设(2)量子化条件量子化条件本讲稿第七页，共二十页三、德布三、德布罗罗意假意假设设这种和实物粒子相联系的波称为这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波德布罗意波或或物质波物质波。（一）德布罗意假设：（一）德布罗意假设：不仅光具有波粒二象性，一切实物粒子不仅光具有波粒二象性，一切实物粒子(电子、原子、分子等电子、原子、分子等)也都也都具有波粒二象性具有波粒二象性;具有确定动量具有确定动量 P 和确定能量和确定能量 E 的实物粒子相当于频率为的实物粒子相当于频率为 和波长为和波长为 的波的波,满足：满足：（二）德布罗意波长（二）德布罗意波长本讲稿第八页，共二十页四、不确定性关系四、不确定性关系对于微观粒子对于微观粒子不不能能同时同时用用确定的位置确定的位置和和 确定的动量确定的动量来描述来描述.-微观粒子的微观粒子的“波粒二象波粒二象”性的具体体现性的具体体现本讲稿第九页，共二十页五、五、量子力学简介量子力学简介 微观粒子的微观粒子的状态状态可以用可以用波函数波函数来描写，而波函数随来描写，而波函数随时间的演化，遵从时间的演化，遵从薛定谔方程薛定谔方程.1、波函数统计解释波函数统计解释 t 时刻粒子出现在空间某点时刻粒子出现在空间某点 r 附近体积元附近体积元 dV 中的概率，与波函数模的平方及中的概率，与波函数模的平方及 dV 成正比。成正比。单位体积内粒子出现的概率单位体积内粒子出现的概率概率密度：概率密度：（一）（一）、波函数波函数本讲稿第十页，共二十页五、五、量子力学简介量子力学简介 微观粒子的微观粒子的状态状态可以用可以用波函数波函数来描写，而波函数随时来描写，而波函数随时间的演化，遵从间的演化，遵从薛定谔方程薛定谔方程.2、波函数满足的条件波函数满足的条件粒子在整个空间出现的粒子在整个空间出现的总概率等于总概率等于 1,即：即：波函数归一化条件波函数归一化条件波函数波函数满足的满足的标准化条件标准化条件：单值、连续、有限单值、连续、有限（一）（一）、波函数波函数本讲稿第十一页，共二十页对于一维空间：对于一维空间：粒子出现在粒子出现在 x x+dx 区间区间内概率：内概率：概率密度：概率密度：粒子出现在粒子出现在 x1 x2 区间区间内概率：内概率：波函数归一化条件波函数归一化条件本讲稿第十二页，共二十页五、五、量子力学简介量子力学简介 微观粒子的微观粒子的状态状态可以用可以用波函数波函数来描写，而波函数随时来描写，而波函数随时间的演化，遵从间的演化，遵从薛定谔方程薛定谔方程.（二二）、一维定态薛定谔方程一维定态薛定谔方程条件：条件：若势能若势能 EP(x)与与 t 无关，仅是坐标的函数无关，仅是坐标的函数定态：定态：微观粒子在空间各处出现的微观粒子在空间各处出现的概率与时间无关概率与时间无关概率密度：概率密度：本讲稿第十三页，共二十页六、六、氢氢原子的量子理原子的量子理论简论简介介、原子的壳层结构原子的壳层结构（一）（一）量子化条件量子化条件和和量子数量子数 （量子力学中的氢原子问题的严格解）（量子力学中的氢原子问题的严格解）1、能量能量量子化量子化和和主量子数主量子数 Principal Quantum Numbern 主量子数主量子数本讲稿第十四页，共二十页六、六、氢氢原子的量子理原子的量子理论简论简介介、原子的壳层结构原子的壳层结构（一）（一）量子化条件量子化条件和和量子数量子数 （量子力学中的氢原子问题的严格解）（量子力学中的氢原子问题的严格解）2 2、角动量角动量量子化量子化和和角量子数角量子数 Angular Quantum Number电子绕核运动的角动量：电子绕核运动的角动量：l:(轨道轨道)角（副）量子数角（副）量子数本讲稿第十五页，共二十页六、六、氢氢原子的量子理原子的量子理论简论简介、介、原子的壳层结构原子的壳层结构（一）（一）量子化条件量子化条件和和量子数量子数 （量子力学中的氢原子问题的严格解）（量子力学中的氢原子问题的严格解）3 3、角动量角动量空间量子化空间量子化和和磁量子数磁量子数 Magnetic Quantum Numberml:(轨道轨道)磁量子数磁量子数 当置于外磁场中，当置于外磁场中，角动量角动量 L在空间取向只能取一些在空间取向只能取一些特特定的向定的向，L 在外磁场方向在外磁场方向（Z 轴）轴）的投影的投影也满足量子化条件：也满足量子化条件：(2l+1)个个本讲稿第十六页，共二十页六、六、氢氢原子的量子理原子的量子理论简论简介、介、原子的壳层结构原子的壳层结构（二）（二）电子的自旋电子的自旋电子电子自旋角动量自旋角动量大小大小s:自旋角量子数自旋角量子数自旋磁量子数：自旋磁量子数：电子自旋电子自旋角动量角动量在在 z 轴的分量轴的分量本讲稿第十七页，共二十页六、六、氢氢原子的量子理原子的量子理论简论简介、介、原子的壳层结构原子的壳层结构（三）（三）原子的壳层结构原子的壳层结构1 1、电子状态由四个量子数、电子状态由四个量子数(n、l、m l、ms)决定决定1)主主 量量 子子 数数 n,n=1,2,3,2)轨道角量子数轨道角量子数 l,l =0,1,2,(n 1)3)轨道磁量子数轨道磁量子数 ml,m l=0,1,2,l4)自旋磁量子数自旋磁量子数 ms,m s=1/2大体上决定原子中的电子的能量大体上决定原子中的电子的能量决定电子的决定电子的轨道角动量轨道角动量,对能量也有影响对能量也有影响决定决定轨道角动量在外磁场方向上的分量轨道角动量在外磁场方向上的分量决定电子自旋决定电子自旋角动量在外磁场方向上的分量角动量在外磁场方向上的分量本讲稿第十八页，共二十页六、六、氢氢原子的量子理原子的量子理论简论简介、介、原子的壳层结构原子的壳层结构（三）（三）原子的壳层结构原子的壳层结构2 2、原子的壳层结构、原子的壳层结构 主量子数主量子数 n 相同的电子属于同一壳层相同的电子属于同一壳层壳层壳层 n=1,2,3,4,5,6,.用用 K,L,M,N,O,P,.表示表示 同一壳层中同一壳层中(n 相同相同)，l 相同的电子组成同一分壳层相同的电子组成同一分壳层分壳层分壳层 用用 s,p,d,f,表示表示 l=0，1,2,3,n1 用用n、l 标记标记原子组态原子组态，若有若有x个电子个电子处于处于n l 态，记态，记n l x 本讲稿第十九页，共二十页六、六、氢氢原子的量子理原子的量子理论简论简介、介、原子的壳层结构原子的壳层结构（三）（三）原子的壳层结构原子的壳层结构3 3、原子的壳层结构中电子的填充原则、原子的壳层结构中电子的填充原则1)泡利不相容原理泡利不相容原理 一个多电子原子系统中，不可能有两个或两个以上的一个多电子原子系统中，不可能有两个或两个以上的电子具有相同的状态电子具有相同的状态,即即不能有两个不能有两个或两个以上的或两个以上的电子具有电子具有相同的相同的（n,l,m l ,ms）2)能量最小原理能量最小原理 基态原子中电子先填满能量小的壳层。基态原子中电子先填满能量小的壳层。原子处于未激发的正常状态时，在原子处于未激发的正常状态时，在不违背泡利不相容原理的不违背泡利不相容原理的条件下条件下，每个电子都趋向，每个电子都趋向占据可能的最低能级占据可能的最低能级，使原子系统的总，使原子系统的总能量尽可能的低。能量尽可能的低。本讲稿第二十页，共二十页
