高二物理竞赛量子物理课件 (2).pptx

量子物理2 一维方势垒一维方势垒粒子的能量粒子的能量3 当粒子当粒子能量能量 E Ep0 时，从经典理论来看时，从经典理论来看,粒粒子不可能穿过子不可能穿过进入进入 的区域的区域 .但用量子力学但用量子力学分析，分析，粒子有一定概率穿透势垒粒子有一定概率穿透势垒，事实表明，量，事实表明，量子力学是正确的子力学是正确的.隧道效应隧道效应从左方射入的粒从左方射入的粒子，在各区域内子，在各区域内的波函数的波函数4中似乎有一个隧道，中似乎有一个隧道，能使少量粒子穿过而进能使少量粒子穿过而进入入 的区域，的区域，此此现象现象人们形象地人们形象地称为隧称为隧道效应道效应.粒子的能量虽粒子的能量虽不不足以超越势垒，但在势垒足以超越势垒，但在势垒 隧道效应的本质隧道效应的本质 :来源于微观粒子的波粒二象性来源于微观粒子的波粒二象性.5 5经典经典量子量子隧道隧道效应效应6量子围栏照片量子围栏照片 1981年宾尼希和罗雷尔年宾尼希和罗雷尔利用电子的隧道效应制成利用电子的隧道效应制成 了了扫描遂穿扫描遂穿 显显 微微 镜镜(STM)，可观测固体表面原子排列可观测固体表面原子排列的状况的状况.应用应用 1986年宾尼希又研制了原子力显微镜年宾尼希又研制了原子力显微镜.7 7U0U0U0A 常量常量 样品表面平均势样品表面平均势 垒高度（垒高度（eV）d 1nm（10A）。d 变变 i 变，反映表面情况。变，反映表面情况。ABdE隧道电流隧道电流 iABUd探针探针样品样品电子云重叠电子云重叠8 8用用STM得到的神经细胞象得到的神经细胞象硅表面硅表面STM扫描图象扫描图象9 9镶嵌了镶嵌了48个个Fe原子的原子的Cu表面的表面的STM照片照片Fe原子间距：原子间距：0.95 nm，圆圈平均半径：圆圈平均半径：7.13 nm48个个Fe原子形成原子形成“量子围栏量子围栏”，围栏中的电子形成驻波。围栏中的电子形成驻波。1010用原子操纵写出的用原子操纵写出的“100”100”和和“中国中国”19911991年恩格勒等用年恩格勒等用STMSTM在镍单晶表面逐个移动在镍单晶表面逐个移动氙原子，拼成了字母氙原子，拼成了字母IBMIBM，每个字母长每个字母长5 5纳米纳米11若干种原子的光谱若干种原子的光谱水银锂镉锶钡钙氦氢钠1219131913年年 玻尔把量子论玻尔把量子论 推广到原子系统。推广到原子系统。（1 1）定态条件：定态条件：电子绕核作电子绕核作圆周运动，但不辐射能量。圆周运动，但不辐射能量。（2 2）当原子从某一能量状态）当原子从某一能量状态跃迁到另一能量状态时服从跃迁到另一能量状态时服从频率条件频率条件玻尔是卢瑟福的学生。玻尔是卢瑟福的学生。（3 3）角动量量子化条件角动量量子化条件。（n=1,2,3）玻尔（原子）模型：尼尔斯尼尔斯 玻尔玻尔.13理论本身存在困难：理论本身存在困难：（1 1）承认经典电磁理论，认为氢原子中电子作圆轨道运动，受到的向）承认经典电磁理论，认为氢原子中电子作圆轨道运动，受到的向心力就是库仑力，有动能和电势能；心力就是库仑力，有动能和电势能；但但“有向心加速度而不辐射能量有向心加速度而不辐射能量”（轨道是稳定的），又不符合经典电磁理论。（轨道是稳定的），又不符合经典电磁理论。（2 2）承认电子在中心力场中运动，角动量守恒。）承认电子在中心力场中运动，角动量守恒。但是玻尔硬加了一个但是玻尔硬加了一个角角动量量子化条件动量量子化条件但玻尔理论不能说明氢原子光谱线的强度；但玻尔理论不能说明氢原子光谱线的强度；也不能说明较复杂原子的光谱（即使也不能说明较复杂原子的光谱（即使HeHe）,说明它含有不正确的成分。说明它含有不正确的成分。“玻尔理论是玻尔理论是 经典理论经典理论 +量子化条件量子化条件”14卢瑟福卢瑟福 对玻尔对玻尔 的频率条件质疑的频率条件质疑“当电子从当电子从E1 往往 E2 跳时，您必须假设电子事先跳时，您必须假设电子事先 就知道它要往那里跳！就知道它要往那里跳！”为了为了选择，选择，必须先必须先去过，去过，但是它但是它去过了去过了吗？吗？为了为了去去，又必须先，又必须先选择，选择，E E1 1E E2 2?多种频率多种频率的光入射的光入射E E3 3逻辑上循环！逻辑上循环！15氢原子的薛定谔方程氢原子的薛定谔方程氢原子中电子的势能函数氢原子中电子的势能函数定态薛定谔方程为定态薛定谔方程为