量子物理重点与知识点省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

,大学物理,第,15,章,量子物理,*重点与知识点*,理学院物理系 王 强,2021/10/1,第,15,章,量子物理,第,15,章,量子物理,*,重点与知识点,*,第1页,一,、普朗克,能量子假说,、爱因斯坦光量子,假说,（一）黑体辐射试验定律,2,、,维恩位移定律,Wien Displacement Law,T,m,=,b,b,=2.89775610,-3,mK,1,、,斯特藩,-,玻耳兹曼定律,Stefan Boltzmann Law,M,(,T,)=,T,4,=5.67,10,-8,W/m,2,K,4,M,B,(T),l,2200K,K,1800K,1600K,m,第2页,一,、普朗克,能量子假说,、爱因斯坦光量子,假说,（二）普朗克能量子假说,辐射黑体中分子和原子振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子能够发射和吸收辐射能。,这些谐振子只能处于一些分立状态，在这些状态下，谐振子能量不能取任意值，只能是某一最小能量,整数倍,对频率为,谐振子,最小能量,(,能量子,),为,:,n,为整数，,称为,量子,数,第3页,一,、普朗克,能量子假说,、爱因斯坦光量子,假说,（三）爱因斯坦光量子假说,1,、爱因斯坦光量子假说,1,）,一束光是,一束以光速,C,运动粒子流,，,这些粒子称为,光量子（光子）,Photon,2,）,对于频率为,单色光,每个光子能量,:,W,：,逸出功,当,频率为,光照射金属时，,一个电子,整体只吸收一个光子,依据,能量守恒,:,2,、,爱因斯坦光电效应方程,第4页,一,、普朗克,能量子假说,、爱因斯坦光量子,假说,3,、,光波粒二象性,光子静止质量,:,光子能量：,2,）光,含有,“波粒二象性”,A),在有些情况,(,干涉、衍射、偏振等,),下，光显示出波动性,B),在另一些情况下,(,热辐射、光电效应等,),显示出粒子性,1,）光子能量、质量与动量,光子动量：,第5页,一,、普朗克,能量子假说,、爱因斯坦光量子,假说,（四）康普顿效应,碰撞过程中,能量守恒,消去,与,V,可得,散射使波长偏移量为,:,电子,康普顿波长,:,碰撞过程中,动量守恒,e,第6页,二、氢原子玻尔理论,1913,年玻尔在卢瑟福原子结构模型基础上，将量子化概念应用于原子系统，提出三条假设：,(,3,),频率条件,(,1,),定态假设,(,2,),量子化条件,第7页,三、德布罗意假设,这种和实物粒子相联络波称为,德布罗意波,或,物质波,。,（一）德布罗意假设：,不但光含有波粒二象性，一切实物粒子,(,电子、原子、分子等,),也都含有波粒二象性,;,含有确定动量,P,和确定能量,E,实物粒子相当于频率为 和波长为 波,满足：,（二）德布罗意波长,第8页,四、不确定性关系,对于微观粒子,不,能,同时,用,确定位置,和,确定动量,来描述,.,-,微观粒子“波粒二象”性详细表达,第9页,五、,量子力学介绍,微观粒子,状态,能够用,波函数,来描写，而波函数随时间演化，遵从,薛定谔方程,.,1,、,波函数统计解释,t,时刻粒子出现在空间某点,r,附近体积元,dV,中概率，与波函数模平方及,dV,成正比。,单位体积内粒子出现概率,概率密度：,（一）,、,波函数,第10页,五、,量子力学介绍,微观粒子,状态,能够用,波函数,来描写，而波函数随时间演化，遵从,薛定谔方程,.,2,、,波函数满足条件,粒子在整个空间出现,总概率等于,1,即：,波函数归一化条件,波函数,满足,标准化条件,：,单值、连续、有限,（一）,、,波函数,第11页,对于一维空间：,粒子出现在,x,x+dx,区间,内概率：,概率密度：,粒子出现在,x,1,x,2,区间,内概率：,波函数归一化条件,第12页,五、,量子力学介绍,微观粒子,状态,能够用,波函数,来描写，而波函数随时间演化，遵从,薛定谔方程,.,（,二,）,、,一维定态薛定谔方程,条件：,若势能,E,P,(,x,),与,t,无关，仅是坐标函数,定态：,微观粒子在空间各处出现,概率与时间无关,概率密度：,第13页,六、氢原子量子理论介绍,、,原子壳层结构,（一）,量子化条件,和,量子数,（量子力学中氢原子问题严格解）,1,、,能量,量子化,和,主量子数,Principal Quantum Number,n,主量子数,第14页,六、氢原子量子理论介绍,、,原子壳层结构,（一）,量子化条件,和,量子数,（量子力学中氢原子问题严格解）,2,、,角动量,量子化,和,角量子数,Angular Quantum Number,电子绕核运动角动量：,l,:,(,轨道,),角（副）量子数,第15页,六、氢原子量子理论介绍、,原子壳层结构,（一）,量子化条件,和,量子数,（量子力学中氢原子问题严格解）,3,、,角动量,空间量子化,和,磁量子数,M,agnetic,Quantum Number,m,l,:,(,轨道,),磁量子数,当置于外磁场中，,角动量,L,在空间取向只能取一些,特,定向,，,L,在外磁场方向,（,Z,轴）,投影,也满足量子化条件：,(2,l,+1),个,第16页,六、氢原子量子理论介绍、,原子壳层结构,（二）,电子自旋,电子,自旋角动量,大小,s,:,自旋角量子数,自旋磁量子数：,电子自旋,角动量,在,z,轴分量,第17页,六、氢原子量子理论介绍、,原子壳层结构,（三）,原子壳层结构,1,、电子状态由四个量子数,(,n,、,l,、,m,l,、,m,s,),决定,1),主 量 子 数,n,n,=1,2,3,2),轨道角量子数,l,l =,0,1,2,(,n 1,),3),轨道磁量子数,m,l,m,l,=0,1,2,l,4),自旋磁量子数,m,s,m,s,=,1/2,大致上决定原子中电子能量,决定电子,轨道角动量,对能量也有影响,决定,轨道角动量在外磁场方向上分量,决定电子自旋,角动量在外磁场方向上分量,第18页,六、氢原子量子理论介绍、,原子壳层结构,（三）,原子壳层结构,2,、原子壳层结构,主量子数,n,相同电子属于同一壳层,壳层,n,=1,2,3,4,5,6,.,用,K,L,M,N,O,P,.,表示,同一壳层中,(,n,相同,),，,l,相同电子组成同一分壳层,分壳层,用,s,p,d,f,表示,l,=0,，,1,2,3,n,1,用,n,、,l,标识,原子组态,，,若有,x,个电子,处于,n l,态，记,n l,x,第19页,六、氢原子量子理论介绍、,原子壳层结构,（三）,原子壳层结构,3,、原子壳层结构中电子,填充标准,1),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电子含有相同状态,即,不能有两个,或两个以上,电子含有相同,（,n,l,m,l,m,s,）,2),能量最小原理,基态原子中电子先填满能量小壳层。,原子处于未激发正常状态时，在,不违反泡利不相容原理条件下,，每个电子都趋向,占据可能最低能级,，使原子系统总能量尽可能低。,第20页,