长江大学课程 第六篇 近代物理基础.pdf
《长江大学课程 第六篇 近代物理基础.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《长江大学课程 第六篇 近代物理基础.pdf(74页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、机工大学物理科学去技木学院5D:HH:33z e u.e 1 it i挈制课程I第六篇近代物理基础A第十五章狭义相对论基础第十六章量子物理5D:HH:332 后人挈制高坪样原子的量子理论4德布罗意波 一.德布罗意假设 光具有二象性:德布罗意渡.E=hv,(2)一个沿*轴正向运动,能量 为E,动量为的自由粒子对应 沿x轴正向传播的单色平面波.波动性(九,v),粒子性(区p)E=hv P=实物粒子呢?丸德布罗意假设(1924年):一个质量为阳的实物粒 子具有波动性.其波称为物 质波.物质波的波长和频率 与粒子的能量和动量满足 如下父系:波函数为:,2%(x,/)=A exp-(px-Et)h 对自
2、由运动粒子:pE 1/=h德布罗意波2上芽祜品.坪榨N口 UJJJV-3当V VVC时,。2Et4=一=-而:y=-P 冽0.V加0所以一yj2m E k 例L电子经电势差为U的电 场加速,在y VV C下,求此电 子的德布罗意波长.解:已知 tw。/=k=eUE=hv,p=j/t(2)一个沿*轴正向运动,能量 为E,动量为的自由粒子对应 沿x轴正向传播的单色平面波.波函数为:i?冗=A exp-(px-Et)h出夜为人考制品.坪松德布罗意波当肘vv C时,如 U=200Y 贝4例1.电子经电势差为U的电 场加速,在口 VV C下,求此电 子的德布罗意波长.解:已知-w0v2=Ek=eU 2。
3、1.22Z=-1=122nm=nm7U 7200=8.63x1。2 nm5D:HH:335 出夜为人考制品.坪松德布罗意波例2.试由德布罗意波导出玻 尔理论中角动量量子化条件.解:一根两端固定而定长的 弦上形成稳定驻波的条件为:I=n九 12若此弦线首尾相连构成一 个圆,则:/=2兀r=nA从波粒二象性看,原子中核 外电子绕核运动有相应的 波动图象.当电子在圆周上形成驻 波时,h _ h个 2m。后女 2efnUh 1 1.22=,-.nrn个2叫&7 _ 4u如U=200Y贝1。1.22 1.222=nm=I-nm4U V200=8.63xl0-2nm5D:HH:336 /11夜A人挈格|W
4、1坪松 丁丁二 UJJ:上二nJ-/8sgp8ss例2.试由德布罗意波导出玻尔理论中角动量量子化条件.解:一根两端固定而定长的弦上形成稳定驻波的条件为:I=4/2_ 丁_德布罗意逐 漏定:2=nA,若此弦线首尾相连构成一则:/=2万,=nA=1,23从波粒二象性看,原子中核 外电子绕核运动有相应的 波动图象./=4九而 2=mv个园当电子在圆周上形成驻 波时,2%r=nmv5D:HH:33/II疾衣人挈格品.课松5ra/h所以:mvr n2%角动量量子化*物质波的传播速度由波的频率、波长和波速的关系知:vA=u对物质波:与hv Eu-v v t=hl X p_ me2 _ c2mvv_ _ 丁
5、穆布罗意逐 满足:2r=nA,Z=4X而 2=mv-h2%r=n5D:HH:33德布罗意波JI a/挈格品.即榨所以:mvr n 2兀 角动量量子化显然,这里 G且知u 是什么呢?这里表示单色平面物质波*物质波的传播速度由波的频率、波长和波 速的关系知:vX-u对物质波:0 hv EU=VA=-=hl 2 pme2 c2mv v的相速度.实际的自由粒子并非严格的单 色平面波,而是由波长接近的波 包组成,波包的移动速度称为群 速度.群速与相速是不同的概念.可证明:物质波包的群速度 恰好等于粒子的运动速度,它不会超过光速.相速不是物质运动的速度,数值上是可以超光速的.5D:HH:339 /I l-
6、M a/挈制品臊榨德布罗意波二.德布罗意波的实验证明 物质波应有干涉、衍射等 波的特性,应由实验来证明.1.戴维孙革末电子衍射实验显然,这里 G且u=t=v.是什么呢?这里表示单色平面物 质波的相速度.)幺电子枪)实际的自由粒子并非严格的单 色平面波,而是由波长接近的波D电子束)M0G1散射线J电子被镶晶体散射包组成,波包的移动速度称为群 速度群速与相速是不同的概念.可证明:物质波包的群速度 恰好等于粒子的运动速度,它不会超过光速.相速不是物质运动的速度,数值上是可以超光速的.5D:HH:3310 111/II疾a*等精品课段德布罗意波理论解释晶体晶面为点阵结构,物质 波散射和X射线的衍射完
7、全类似,它也满足布拉格公 式.两反射的电子束,其相干加强条件2X=2d sin(6/2)-co s(6/2)=U由三角公式得:sin。=44实验原理:电子枪KD之间有加速电压U 电子束透过D打在镁晶M上,它在晶面被散射进入探测器B.G检测电子束(电流)的强度.实验发现:加速电压U=54 Y散射角 9=50。时,探测器B中的电 流有极值.正是X射线的布拉格公式.5D:HH:3312 川至dd挈精品瞟松,二二,德布罗意波一理论解释 莉丽椎方萝意层更2=hlmv晶体晶面为点阵结构,物质 波散射和X射线的衍射完 全类似,它也满足布拉格公 式.两反射的电子束,其相干加强 条件2=2d sin(6/2)c
8、o s(6/2)=U由三角公式得:sin。=44正是X射线的布拉格公式.付 dsin0=k mv=khiU即:sing=J-d V lemU5D:HH:3313.,_德布罗意逐_二 莉瓦宿方萝惠丞更2=hlmv付 dsin0=k mv代=0.215nm,Z7=54V得 0=51=khiU即:与实验结果相符.sing=J-d V lemU5D:HH:3314 夜为人季制品.坪松代=0.215nm,Z7=54V得 0=51_ _ _德布罗意港r s1荡还新用学布翦燕1927年汤姆孙观察了电子束 透过多晶薄片的衍射现象.衍射图象与实验结果相符.5D:HH:3315/I I疾乏工醇祜品R坪榨,.八2乙
9、丁工匚 Ulm J:/上山nj _r/德布罗意波1961年,C.约恩孙让电子 2、GP汤姆孙电子衍射实验束通过单缝、多缝的衍 射图样.1927年汤姆孙观察了电子束 透过多晶薄片的衍射现象.DM/单缝 双缝三缝四缝例3.试计算温度为25时慢中子 的德布罗意波长.解:慢中子指处于热平衡 下的中子按能均分定理,慢中子的平均平动动能为:30T=kT25D:HH:3316/II疾A人挈格品.课程 161年;C.药意4工至手 束通过单缝、多缝的衍 射图样.例3.试计算温度为25时慢中子 的德布罗意波长.解:慢中子指处于热平衡 下的中子按能均分定理,慢中子的平均平动动能为:30T=kT2:德布里意巡 代入数
10、据:3?12=左 T=6.17xl(p2ij 2=3.85xlO-2eV 中子的质量为m=1.67 x 10-27kg,中子的动量 p=41ms=4.54 x 10-24kg-m-s-15D:HH:3317 /I l-M a/挈制品臊榨谢或王蕊 iXh2=0.146 nmP与x射线同数量级,因此 穿过晶片可产生三.德布罗意波的统计解释1.微观粒子的粒子性作为粒子具有“整体性”,即不可分性.不是经典粒子,没有“轨道”概念.德布罗意波代入数据:3?12=左 T=6.17xl(p2ij 2=3.85xlO-2eV 中子的质量为m=1.67 x 10-27kg,中子的动量pT 2ms=4.54 x 1
11、0-24kg-m-s-15D:HH:3318 111M五头醇制品.即程2=0.146 nmP与x射线同数量级,因此 穿过晶片可产生衍射图样三.德布罗意波的统计解释1.微观粒子的粒子性作为粒子具有“整体性”_ _掩布夏钙一二 2.微观粒字的双劣性具有“弥散性”“可叠加 性”“干涉”“衍射”“偏 振”,具有频率和波长,不是经典的波不代表实在 的物攀骸镶雌计解释 在电子衍射实验中,电子总是 作为整体出现的,它出现的概率与空间波的强度成正比.,因此玻恩认为:在某处德布即不可分绛.不是经典粒子,罗意波的强度是与粒子在该没有“轨道”概念.处邻近出现的概率成正比.5D:HH:33/11A人挈格品.坪松4.电
12、子双缝衍射实验分析(1)只开一缝,屏上电子累积 成单缝衍射图样一波动性.(2)在屏上信号接收器,每 次只能接收一个完整的 电子一粒子性.(3)打开双缝,屏上呈双缝 干涉图样一电子的波动性.德布罗意波(4)是否电子与电子之间 发生干涉?让电子发射枪每次只发射一 个电子,也出现干涉图样.结论:一个电子也能干涉,说明电子本身是波.概率波 的干涉.(5)一个电子如何通过双缝?要知道电子如何通过双缝,必 须观察,则必然使干涉图样 消失.对微观粒子运动状态的 有效测量,必将在可观测的意 义上使粒子原来的运动产生5D:HH:33JJJ夜五失逞制iWt坪榨 电子的传播行为更像波,电 子与物质相互作用更像粒 子
13、.微观粒子不是经典意义 上的粒子,也不是经典意义 上的波.5不确定关系 一力学量的不确定度微观粒子在某位置总是以 概率的方式出现.即粒子具有位置的不确定性.一维下,不确定度为Ax任何实际的粒子不是严格 的平面单色波(确定的动量)不确定关系(4)是否电子与电子之间 发生干涉?让电子发射枪每次只发射一 个电子,也出现干涉图样.结论:一个电子也能干涉,说明电子本身是波.概率波 的干涉.(5)一个电子如何通过双缝?要知道电子如何通过双缝,必 须观察,则必然使干涉图样 消失.对微观粒子运动状态的 有效测量,必将在可观测的意 义上使粒子原来的运动产生5D:HH:33/11夜A人挈柏坪松.ir _=一 一
14、1.一 -一-一 一 一 1-h(AxApx h 三维:AyApyN/tAzAg,h23 5D:HH:33不确定关系/11M为人尊制品.即榨 丁丁二 UJJ:上二nJ-/:二-LL-h L-IL不确定关系表明:对于微观粒子,不能同时用 确定的位置和确定的动量 来描述.海森伯理想实验电子单缝衍射实验:电子 通过狭缝,在。r方向坐标 不确定范围:Ax=b 由于衍射,电子主要落在中 央条纹区域,有X方向动量.p h(AxApx h三维:hAzAg,h5D:HH:33不确定关系111M五头醇制品.即榨 丁丁二 UJJ:上二nJ-/不确定关系表明:对于微观粒子,不能同时用 确定的位置和确定的动量 来描述
15、.海森伯理想实验电子单缝衍射实验:电子 通过狭缝,在。r方向坐标 不确定范围:Ax=b由于衍射,电子主要落在中 央条纹区域,有方向动量.ph得出不确定关系.三.对不确定关系的认识L不确定关系是微观粒 子波粒子二象性及其统 计关系的必然结果.并非 仪器对粒子的干扰,也不 是仪器精度的缘故,而是 粒子的固有属性.不确定关系 由单缝衍射条件(取一级 极小)b sin=2有:b Apx=h5D:HH:3326 不确定关系/11h得出不确定关系.三.对不确定关系的认识1.不确定关系是微观粒子 波粒子二象性及其统计 关系的必然结果.并非仪 器对粒子的干扰,也不是 仪器精度的缘故,而是粒 子的固有属性.2.
16、对不确定关系的两种理解一种认为:对单个粒子进行测 量时,不可能同时准确测量其 位置和动量.因此也称为测不 准关系.另一种认为:测不关系并非对 单个粒子测量的结果,而是大 量粒子遵守的统计规律.不 存在对单个粒子“测量坐标 愈准确,则同时测量动量愈不 准确”的说法.量子测量问题是量子力学 中最基础,最前沿的问题.5D:HH:33/II疾A人挈格品.课程四.微观粒子和经典粒子的比较1.微观粒子的运动原则 上无“轨道”可言;2.微观粒子是不可能静 止的;3.如果粒子的尺寸和动量远 大于各自的不确定量R Ax,p Ap微观粒子的位置和动量近 似认为确定.看成经典粒子.不确定关系2.对不确定关系的两种理
17、解一种认为:对单个粒子进行测 量时,不可能同时准确测量其 位置和动量.因此也称为测不 准关系.另一种认为:测不关系并非对 单个粒子测量的结果,而是大 量粒子遵守的统计规律.不 存在对单个粒子“测量坐标 愈准确,则同时测量动量愈不 准确”的说法.量子测量问题是量子力学 中最基础,最前沿的问题.5D:HH:33/I l-M a/挈制品臊榨不确定关系四.微观粒子和经典粒 子的比较L微观粒子的运动原则 上无“轨道”可言;2.微观粒子是不可能静若已知粒子运动范围为心而 h hZAx=-=2A p也可用上/代替R x 作为判断依据.止的;3.如果粒子的尺寸和动量 远大于各自的不确定量R Ax,p 微观粒子
18、的位置和动量近 似认为确定.看成经典粒子.五.能量与时间的不确定性 关系Eth/2AE为原子能级的自然宽度,M 为该能级的平均寿命.5D:HH:3329 111M五头醇制品.即榨丁丁二 UJJ:上二nJ-/二 丁一 C-二 TL二 h二 =:-r =%=A=V=i=!父=-r=_h/2AE为原子能级的自然宽度,A/为该能级的平均寿命.A x=hA p5D:HH:33不确定关系/11M为人尊制品.即榨 二 ujjj 不确定关系JJ L/-3/11/11夜A人挈格|W1深松 例题2.电子在电视显象 管中运动时如何处理?设电子运动速率y=l()5m/s,速率的不确定范围 Av=10m/s解已知p=m
19、v mAv=Ap而人 h 6.63x10-34x=-=-mAv 9.1x10-3i xio=7.4xl0-5m电子运动范围(显象管 尺寸)Z-0.1m_ 不确 定关系 可见p2 L Ax或 p p y L 2h(2=7.4nm)P电子可作经典粒子处理.或如此电子在原子中呢?电子运动范围(原子的大小)10/m,不满XZAx,此时电子只能作微观粒子 处理.5D:HH:3333/II疾A人挈格品.课程例3.原子中电子运动不 存在“轨道”设电子的动能Ek=10 eV,电子运动速度速度的不确定度Ap h 6-iAv=-10 m-sm mXxAv轨道概念不适用!v_ 不确 定关系 可见 p Ap,L Ax
20、或 p Ap,L 2h(2=7.4nm)P电子可作经典粒子处理.或如此电子在原子中呢?电子运动范围(原子的大小)Z1010m,不满AAx,此时电子只能作微观粒子 处理.5D:HH:3334 氢原子的玻尔理论11为人尊制舟.即小JOU-*UJJ:/6氢原子的玻尔理论 一.氢原子光谱的规律性 1885年,瑞士数学家巴耳末 发现氢原子的可见光谱线可归纳为如下公式:n22=365461-nm,n=3,4,5,n-243405 紫4861.3 蓝6562.8红氢的巴耳末谱线里德伯把它改为:上式叫巴耳末公式.这个 谱线称为巴耳末系.nf 8 时,H8=364.56nm 为巴耳末系的极限波长.(1 1、b=
21、R 涓 一,n=3,4,5,。n1)0=1/九为波数,R为里德伯常量.R=1.097 373 153 4 x 107m-15D:HH:3335 疹为人挈格品.坪松氢原子的玻尔理论氢原子光谱氢原子光谱除了可见光外,还 有红外线和紫外线的谱线.紫外线部分:莱曼系(1916年)(1 1、。=R i,=2,3,4,U n1)fc 蓝紫氢的巴耳末谱线里德伯把它改为:/红外线部分:帕邢系(1908年)CT=R,=3,4,5,o=l/九为波数,R为里德伯常量.)2 m2z rt J1 1)J n J,“=4,5,6,R=1.097 373 153 4 x 107m-15D:HH:3336 JJJ疾a上挈制品
22、邮榨氢原子光谱氢原子的玻尔理论布拉开系(1922年)氢原子光谱除了可见光外,还 有红外线和紫外线的谱线.紫外线部分:莱曼系(1916年)ex=R(1 1孑一/,胃=5,6,7,普丰德系(1924年)CT=R115一7(7=R5D:HH:33氢原子的玻尔理论/八夜为工挈样品亚榨 二:力瑟福的原子有核模型 1897年J.J汤姆孙发现了 电子,原子结构的研究真 正开始.1.汤姆孙原子结构模型TS a粒 子0OR2.a粒子散射实验金箔他假定,原子中的正电荷和 原子质量均匀地分布在半 径为10 TOm的球体范围内,a粒子入射在金箔F上,被 散射后打在荧光屏P上,显 微镜T观测a粒子数.而原子中的电子则浸
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 长江大学课程 第六篇 近代物理基础 长江大学 课程 第六 近代 物理 基础
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。