量子力学的历史发展.ppt

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1、第一章 量子力学的历史发展w 黑体辐射w 光电效应w 康普顿散射w 氢原子光谱w 玻尔的氢原子模型量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展量子力学的重大事件(1)w1898 Mme.Curie Radioactive polonium and radiumw1901 Planck Blackbody radiationw1905 Einstein Photoeletric effectw1911 Rutherford Model of the atomw1913 Bohr Quantum theory of spectrawCompton Scattering photos off el

2、ectronsw1924 Pauli Exclusion principlesw1925 de Broglie Wave hypnosis量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展量子力学的重大事件(2)w1926 Schroedinger Wave equationw1927 Heisenberg Uncertainty principlew1927 Davisson and Germer Experiment on wave properties of electronsw1927 Bohr Interpretation of the wavefunctionw1928 Dirac R

3、elativistic wave equation;predication of existence of the positron量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展经典理论的成就和困难w十九世纪末与二十世纪初，经典物理学理论（牛顿力学，热力学及统计物理，电动力学）取得极大成就。w但在相对论相对论领域和微观微观领域,经典理论遇到严重困难。例如微观领域中 黑体辐射 光电效应 康普顿散射 氢原子光谱量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展黑体辐射w任何温度的物体都会发出一定的热辐射热辐射，即各种频率的电磁波电磁波。w黑体黑体：在任何温度下都能把照射在其上任何频率的辐射完全吸收。w

4、黑体是理想化的物体，实际中我们用任何物体 做的空腔，在它很小的 开口处就是一个相当理 想的黑体。量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展 在温度T下，从物体单位面积发出的，频率在+d之间的辐射通量u(,T)d。辐射谱密度和辐射本领w辐射谱密度 u(,T)：w辐射本领 E(T):w辐射本领和辐射谱密度之间的关系 在温度T下，从物体表面单位面积发出的辐射通量。量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展T1T2T3黑体辐射谱w Boltzmann-Stefan laww Wiens transformation law M2量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展维恩公式和瑞利金斯公

5、式紫外发散问题紫外发散问题紫外发散紫外发散w Wiens formulaWiens Law量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展w Rayleigh-Jeans formulaRayleigh-Jeans LawRayleigh-Jeans LawWiens Law普朗克公式Plancks Law Plancks formula量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展普朗克能量量子假说w 电磁辐射的能量交换只能是离散离散的，其取 值只能是 的整数倍。其中h为普朗为普朗 克常数克常数。w 称为能量子量子。能量量子化能量量子化w Discrete,Plancks constant,Q

6、uantum(Pl.Quanta)量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展普朗克常数w 用普朗克公式拟合黑体辐射谱密度的实验数 据，得到w 普朗克常数也可以由光电实验测出。量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展光电效应的历史(1)wH.R.Hertz,1886，在用莱顿瓶放电的实验中，当紫外线照在火花隙的负极上，放电比较容易发生。wW.Hallwach,1888，清洁而绝缘的锌板在紫外线照射下获得正电荷，而带负电的板在光照射下失掉其负电荷。wJ.J.Thomson,1899，阴极射线由电子组成量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展光电效应的历史(2)wPhillipp L

7、enard,1902，金属在紫外线照射下发射电子wAlbert Einstein,1905，光量子假说 wRobert Andrews Millikan,1916，验证爱因斯坦的光电效应量子公式，并精确测定了普朗克常量。量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展外光电效应w真空管w光照射某种物质，致使部分电子逃逸 物质表面。这些电子被称为光电子。w光电倍增管(Photomultiplier)量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展内光电效应w半导体w光激载流子保留在材料内部。w光电导本征光电导体吸收一个光子，就会从价带激发到导带，产生一个自由电子，同时在在价带产生一个空穴。对材料施加

8、电场，使电子和空穴都通过材料运输，从而产生电流w光电导探测器，光伏探测器，太阳能电池，CCD,摄像机量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展光电效应实验Lightw 单色光AnodeCathodew 真空石英管w 变阻箱Varying Voltage量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展经典麦克斯韦尔理论的推论w相比与蓝光，红光具有更长的周期，因而红光与电子的相互作用时间更长，这使得红光比蓝光更容易使电子逸出。w若入射单色光的光强增强，则会有更多的电子逸出，且这些电子的能量也相应增大。w由于弱光的能量相当小，因此在弱光的条件下，电子需要更多的时间才能逸出。w入射波的能量将由上百万

9、个电子分享。量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展遏止电压w将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值U0 时，光电流恰为0。U0叫做遏止电遏止电压压.量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展饱和电流和遏止电压入射光频率固定，不同光强下，光电流i与电压V的关系i量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展截止频率w当入射光频率0时，电子才能逸出金属表面；w当入射光频率0时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展遏止电压和截止频率对特定金属表面，遏止电势U

10、0(遏止电压V0)和频率的关系量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展驰豫时间光强I和频率固定，光电流i与产生光电子的时间t的关系驰豫时间0时，电子才能逸出金属表面，产生光电效应w遏止电压-初动能及反向遏止电压与成正比w效应瞬时性-电子吸收光子时间很短，只要光子频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展康普顿散射实验w X射线被轻原子量的物质散射量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展康普顿散射实验结果(1)X射线被轻原子量的物质散射后，波长变长。量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展康普顿散射实

11、验结果(2)若以不同元素作 为散射物质，则 波长变化量与散 射物质无关。量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展康普顿散射模型w X射线的光子与电子的碰撞量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展康普顿散射公式w 碰撞过程中，动量与能量守恒量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展光子性质w 波长，频率，角频率，波矢量w 光子能量w 光子动量量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展氢原子光谱-棱镜光谱仪SourceSlitPrismScreenBlueRed量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展氢原子光谱量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展里德伯公式里德伯

12、公式里德伯公式w n=1,=2,3,4,紫外区，赖曼系w n=2,=3,4,5,可见区，巴耳末系w n=3,=4,5,6,红外区，帕邢系w 量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展卢瑟福的原子模型w 卢瑟福的有核模型原子中的正电荷集中在占原子大小万分之一的小范围内.量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展玻尔的氢原子模型w原子的稳定状态，即定态定态只可能是某些具有一定的分离值分离值能量(E1,E2,E3,)的状态。w 原子处于定态时是不辐射的。w 由于某种原因，电子可以从一个能级En跃迁跃迁到另外一个较低(高)的能级Em。此时，将发射(吸收)一个光子，光子的能量为发射过程量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展量子化条件和玻尔能级量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展玻尔能级理论值和里德伯常数一致量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展w玻尔的量子化条件量子化条件量子化条件其中p,q分别代表电子的某一对共轭的正则动量和坐标，表示对周期运动积分一个周期。w索末菲尔的推广的量子化条件量子化条件量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展量子化条件的应用(1)Q.试用量子化条件，求谐振子的能量(谐振子势能V(x)取为 )A.谐振子运动量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展量子化条件的应用(2)量子力学与原子核物理第一章 量子力学的历史发展