物理--量子光学基础省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,小 结,1.玻尔理论基本假设,（1）稳定态假设,原子只能处于一系列不连续稳定状态（定态），其能量只能取不连续量值E,1,，E,2,，E,3,，电子即使绕核作圆周运动，但不辐射能量。,（2）跃迁假设,原子从E,n,态跃迁到E,k,态时，发射或吸收一个光子。,或,（3）轨道角动量量子化假设,约化普朗克常数,第1页,1,2.玻尔氢原子理论,电离能,：把核外电子从某稳定态（n）移到无限远处所需要能量。,类氢离子,氢原子,(基态,),称为,第一,、,第二,、激发态,时,第2页,2,一、德布罗意波（物质波）,1924,年，法国青年物理学家德布罗意发表博士学位论文，,、自然界在许多方面是显著对称；,、可观察到宇宙完全由光和物质所组成；,、光含有波粒二象性，物质也含有波粒二象性。,提出三条论点：,16.4 粒子波动性,恰好相反，重视了粒子性，而忽略了波动性。,重视了光波动性，而忽略粒子性。,在光学方面：,在实物粒子方面：,第3页,3,德布罗意关系式,实物粒子含有波粒二象性,，而且粒子能量E和动量P跟和它相联络波频率,、波长,关系为：,和实物粒子相联络波称为,物质波,或,德布罗意波,1.德布罗意假设,实物粒子含有波动性,第4页,4,K,：热阴极,D,：阳极（狭缝）,M,：镍（单晶）,B,：集电器,二、德布罗意波试验证实,1、戴维逊-革末试验,试验现象：,当,U,单调增加时，,与,x,射线衍射相同,电流,I,不是单调地增加，而是表现出显著选择性。,第5页,5,理论解释,：,电压,U,较低时，不考虑相对论效应,电流出现屡次极大值,电子质量,动能,动量,波长:,由晶体衍射布喇格公式：,衍射光强度极大,第6页,6,理论与实际值相符,试验数据：,电流极大,理论计算：,2、汤姆生电子衍射试验,（,1927,）,M,金箔片（多晶结构）,厚度,波长：试验值=理论计算值,约瑟夫 汤姆生（父）-发觉电子,乔 治 汤姆生（子）-证实电子波动性,与光圆孔衍射相同,第7页,7,3.德布罗意波统计解释,光强问题,光强处，光子抵达几率大。,光弱处，光子抵达几率小。,光波是几率波,电子衍 射试验,明条纹处，电子出现几率大。,暗条纹处，电子出现几率小。,物质波也是几率波,在空间某处单位体积内粒子出现几率与物质波在该处振幅平方成正比。,德布罗意关系式,第8页,8,16.5 测不准关系,X,以,电子单缝衍射为例来推导,只考虑中央明纹,动量沿X方向不确定量,由暗纹条件,得：,考虑次极大,(1),第9页,9,(2),推广：,(3),引入,可得:,更普通推导给出：,(4),(5),(1),、,(2),、,(3),、,(4),、,(5)均叫做不确定关系式，并对全部微观粒子适用,不确定关系,物理意义：,对微观粒子不能同时用确定位置和确定动量来描述。,不确定关系是普遍标准，起源于物质波粒二象性，它反应了物质客观规律。不是测量技术和主观能力问题。,说明：,第10页,10,#普朗克常数作用,h,是微观与宏观分界限,对于微观粒子，,h,值很大,和 不能同时确定，展现,波动性。,对于宏观粒子，,h,值很小,粒子就是粒子，波就是波，宏观粒子不表现为波粒二象性。,量子物理学=经典物理学,和 能够同时为零，和 能够同时确定。,第11页,11,W,.海森堡,创建量子力学，并造成氢同素异形发觉,1932诺贝尔物理学奖,第12页,12,原子线度为10,-10,m，计算原子中电子速度不确定量。,解：,x,=10,-10,P,=,m,v,按经典力学计算，氢原子中电子轨道速度,v,为10,6,m/s 数量级。物理量与其不确定量同数量级，,物理量没有意义！在微观领域内，经典决定论,和粒子轨道概念已不再适用。,例题1：,第13页,13,电视机显象管中电子加速电压为,9KV,，电子枪直径为,0.1mm,。计算：电子出枪后横向速度?,解：,宏观物体不确定度远远小于物理量干扰可忽略。,例,2,第14页,14,一、物质波,1.德布罗意假设,一切实物粒子都含有波粒二象性。,当速度 时,小 结,电子德布罗意波长,加速电场,第15页,15,(1)戴维孙和革末（1927年）,电子衍射试验,多晶,铝泊,(2)汤姆逊（1927）,电子束穿过多晶薄膜衍射试验,2.德布罗意波试验验证,3.德布罗意波统计解释,电子衍 射试验,明条纹地方,电子出现几率大,暗条纹地方,电子出现几率小,物质波是几率波。,在空间某处单位体积元中粒子出现几率与物质波在该处振幅平方成正比。,第16页,16,二、测不准关系,普通,惯用,对粒子位置和动量不可能同时进行准确测量,(1)测不准关系是微观粒子含有波粒二象性必定反应。,(2)测不准关系是客观规律，不是测量技术和主观能力问题。,第17页,17,一、,波函数,16.6 波函数,薛定谔方程,频率为,，波长为，沿X方向传输平面单色波可表示为：,用指数函数表示为：,实部和虚部各为一波动方程,1.推导,第18页,18,一维自由粒子波函数：,对一维自由运动粒子，,能量,E和动量P为常量,对应物质波为,平面单色波,对三维运动自由粒子：,或,第19页,19,沿X轴正方向传输,能量为E，动量为P自由粒子物质波波函数。,共轭复数,波函数强度,等于,波函数模平方,波强度,I,A,2,第20页,20,电子单缝衍射,2.波函数物理意义,明纹处,暗纹处,粒子观点,波动观点,数目多,(几率大),数目少,(几率小),强度大,强度小,描述电子运动状态,t时刻,在空间(x,y,z)处波强度,波强度大小,粒子数目标多少,波函数模平方 大地方,粒子出现数目多(或,粒子在该处出现几率大),第21页,21,玻恩对几率波解释:,在空间某处单位体积元中粒子出现几率与物质波在该处振幅平方成正比。,表示粒子在t时刻,在空间(x,y,z)处附近,单位体积元内出现几率。,粒子在 t 时刻,在空间（x y z）处附近,体积元,dV=dxdydz 内出现几率：,粒子在某时刻,在空间某处附近单位体积元内出现几率。,几率密度,第22页,22,3.归一化条件,因为一定时刻某一位置粒子出现有一定几率,则在,整个空间内粒子出现几率总和是1。,4.标准化条件,连续,在某时刻某位置粒子出现几率是一定，它不能是这个值，又是那个值。,粒子在空间某时刻某位置出现几率是有限，不可能无限大。,因为粒子出现几率分布，不可能在某一点发生突变。,单值,有界,第23页,23,二,、,薛定谔方程,:,描述微观粒子运动状态方程,1.一维自由粒子薛定谔方程：,一维自由运动粒子波函数为：,低速时,一维运动自由粒子含,时间,薛定谔方程,第24页,24,2.势场中非自由粒子薛定谔方程：,设粒子在势场中势能是V，则粒子总能量为：,代入,得：,势场中一维运动粒子普通薛定谔方程,第25页,25,三维运动情况：,拉普拉斯算符,或,薛定谔方程普通形式,式中,哈密顿算符,第26页,26,3.定态薛定谔方程：,代入,整理得：,令,(常数),积分可得：,定态,：能量不随时间改变状态能量,第27页,27,定态薛定谔方程,方程解,，称为,定态波函数,波函数,定态几率密度：,不随时间改变,令,可得：,第28页,28,3.量子力学处理微 观粒子方法,已知粒子质量 m 及势能 U(x,y,z)详细形式,可建立薛定谔方程。,利用给出边界条件，归一化条件,薛定谔方程解：,定态波函数。,波函数模平方：,几率密度。,求出,确定,第29页,29,一维自由运动粒子：,物质波强度,三.波函数,1.物理意义,表示粒子在某时刻某一位置单位体积内出现几率。,(几率密度),2.归一化条件,3.标准化条件,单值、有限、连续。,第30页,30,若粒子在势场中：,则：，若 与时间无关，,即：,定态问题。,则：,2.势场中一维运动粒子定态薛定谔方程,1.一维自由粒子定态薛定谔方程,四.薛定谔方程,:,一维定态波函数。,与时间无关，,第31页,31,薛定谔：,1887年出生于奥地利维也纳。,其父是漆布企业主。,23岁获哲学博士。,第一次世界大战当炮兵，战后到耶鲁,大学当玻恩助手。,1921年任苏黎世大学教授。,1924年,受德布罗意影响，研究束缚电子物质波，改进玻尔模型。,最初用相对论力学推导，没有成功。,以后改为研究低速,情况，取得成功。,1928年英国物理学家狄拉克考虑了电,子自旋，得到高速条件下方程-狄拉克方程。于1933,年共同获诺贝尔奖。,第32页,32,第33页,33,