第十五量子力學(xué)基礎(chǔ)演示文稿

第十五量子力學(xué)基礎(chǔ)演示文稿1現(xiàn)在是1頁\一共有40頁\編輯于星期四2優(yōu)選第十五量子力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是2頁\一共有40頁\編輯于星期四2、黑體輻射規(guī)律：（紅外到可見光）輻出度——黑體表面單位面積的輻射功率單色輻出度—某一單色光的輻出度Mλ（T）波長范圍內(nèi)輻出度現(xiàn)在是3頁\一共有40頁\編輯于星期四A、斯特藩-玻耳茲曼定律：B、維恩位移定律：λm——峰值波長應(yīng)用：高溫遙測、紅外追蹤、熱像儀（人體輻射波長在900~1200nm，遠(yuǎn)紅外區(qū)）、熱象圖（能分辨1cm2范圍內(nèi)0.03°C的溫度差異，可診斷癌癥、脈管炎等）。012345λ（μ）Mλ（T）1100K1300K1500K1700K現(xiàn)在是4頁\一共有40頁\編輯于星期四C、瑞利-金斯公式（1890年）：（長波部分相符）D、維恩公式（1896年）：（短波部分相符）（與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驚人符合）E、普朗克公式（1900年）：現(xiàn)在是5頁\一共有40頁\編輯于星期四二、普朗克能量子假設(shè)：1、普朗克能量子假設(shè)：1）輻射體是由帶電諧振子組成，可以吸收和輻射電磁波。2）諧振子只能處于某些特定的能量狀態(tài)，每一狀態(tài)的能量只能是最小能量值ε0

的整數(shù)倍，即ε0、2ε0、3ε0、…、nε0（n為量子數(shù)）。當(dāng)諧振子輻射或吸收能量時(shí)，諧振子從一個(gè)狀態(tài)躍遷到另一個(gè)狀態(tài)。ε0——能量子。3）能量子ε0

與諧振子的頻率成正比：即ε0=h。普朗克常數(shù)h=6.626×10-34J●S現(xiàn)在是6頁\一共有40頁\編輯于星期四2、普朗克能量子假設(shè)的意義：1）第一次指出經(jīng)典物理學(xué)理論不能應(yīng)用于微觀現(xiàn)象，必須用“量子”概念才能說明。2）標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入到微觀領(lǐng)域。3）使人們沖破了經(jīng)典觀念的長期束縛，鼓勵(lì)人們建立新概念，探索新理論?，F(xiàn)在是7頁\一共有40頁\編輯于星期四第二節(jié)光的量子性（§2-§3）一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：1、裝置：（可見光到紫外）2、實(shí)驗(yàn)規(guī)律：1）飽和光電流∝入射光強(qiáng)（Us——遏止電壓）現(xiàn)在是8頁\一共有40頁\編輯于星期四4）遏止電壓Us與光強(qiáng)無關(guān)，而與照射光頻率有關(guān)。4）對不同的陰極金屬都有不同的逸出功A和入射光紅限頻率（截止頻率）0，即≥05）具有瞬時(shí)性：t≤10-9s（≥0）A與0一一對應(yīng)。Us=k（-0

）（≥0）現(xiàn)在是9頁\一共有40頁\編輯于星期四二、愛因斯坦光量子假設(shè)：1、經(jīng)典物理學(xué)理論的困難：光的電磁波理論無法解釋光電效應(yīng).2、愛因斯坦光電效應(yīng)方程：光量子假設(shè)：光輻射場由光量子組成，每個(gè)光量子的能量ε和光輻射場的頻率成正比，即=h

。一個(gè)電子一次吸收一個(gè)光量子。愛因斯坦光電效應(yīng)方程：A=h0——逸出功密立根（1916年）現(xiàn)在是10頁\一共有40頁\編輯于星期四三、光的波粒二象性：由相對論可知：=mc2=h，則四、康普頓效應(yīng)（1923年）——光的波粒二象性的有力證明。現(xiàn)在是11頁\一共有40頁\編輯于星期四第三節(jié)玻爾的氫原子理論（§4）一、盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型——核式結(jié)構(gòu)模型1、1911年盧瑟福，α粒子散射實(shí)驗(yàn)2°~3°鉑膜粒子現(xiàn)在是12頁\一共有40頁\編輯于星期四2、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型原子（10-10m）（原子序數(shù)Z）原子核（10-14~10-15m）+Ze電子（Z個(gè)）-e3、原子核式模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾：原子的穩(wěn)定性的矛盾氫原子光譜的矛盾現(xiàn)在是13頁\一共有40頁\編輯于星期四（1）量子條件：電子只能在滿足如下條件的軌道上運(yùn)動（n=1、2、3、為量子數(shù)）（2）定態(tài)假設(shè)：電子在上述軌道上運(yùn)動時(shí)，原子不向外輻射能量，原子處于穩(wěn)定的狀態(tài)（定態(tài)），原子具有確定的能量（En）。1、三個(gè)基本假設(shè)（3）躍遷假設(shè)：當(dāng)原子從定態(tài)En躍遷到定態(tài)Ek時(shí)，輻射或吸收一個(gè)光子，光子的頻率由下式?jīng)Q定（頻率條件）二、玻爾氫原子理論（1913年）：現(xiàn)在是14頁\一共有40頁\編輯于星期四2、對應(yīng)原理(1920年）對應(yīng)原理：在大量子數(shù)極限情況下，量子體系的行為將逐漸地趨于與經(jīng)典力學(xué)體系相同。對應(yīng)原理是將量子體系與經(jīng)典力學(xué)體系聯(lián)系的橋梁。早期量子論普朗克能量量子化假設(shè)愛因斯坦光子假設(shè)玻爾的氫原子理論對應(yīng)原理的量子力學(xué)現(xiàn)在是15頁\一共有40頁\編輯于星期四3、原子的能級：現(xiàn)在是16頁\一共有40頁\編輯于星期四1）基態(tài)：n=1，E1最小，原子最穩(wěn)定（正常狀態(tài)）2）激發(fā)態(tài)：n>1

，En>E1，原子不穩(wěn)定（10-8s），會向基態(tài)躍遷。3）電離：n→∞，En→0，電子脫離原子束縛。電離能E電離：使電子從基態(tài)電離所須供給的能量。E電離=E∞-E1=-E13、原子的能級：現(xiàn)在是17頁\一共有40頁\編輯于星期四（1）原子的穩(wěn)定性的矛盾（定態(tài)假設(shè)）（2）氫原子光譜的矛盾4、玻爾理論對前述兩矛盾的解釋：現(xiàn)在是18頁\一共有40頁\編輯于星期四一、德布羅意假設(shè)——“物質(zhì)波”假設(shè)（1924年）：第四節(jié)物質(zhì)的波動性質(zhì)（§5,6）將光的波粒二象性推廣到所有的實(shí)物粒子，認(rèn)為所有實(shí)物粒子均具有波粒二象性。P252表15-2給出了幾種粒子的德布羅意波長現(xiàn)在是19頁\一共有40頁\編輯于星期四二、德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋

（波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋）：（玻恩，1926）

對單個(gè)電子，它的出現(xiàn)具有偶然性，是不能預(yù)測的；對大量電子，其分布具有與光波一致的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，電子在空間某處出現(xiàn)的概率密度與德布羅意波在該處的強(qiáng)度成正比。德布羅意假設(shè)很快就被電子束衍射實(shí)驗(yàn)（圓孔衍射、單縫衍射、雙縫干涉）證實(shí)。德布羅意波是幾率波現(xiàn)在是20頁\一共有40頁\編輯于星期四三、不確定關(guān)系(海森伯，1927年）且p=h/1、坐標(biāo)和動量的不確定關(guān)系：電子單縫衍射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在是21頁\一共有40頁\編輯于星期四P254例15-3:P254例15-4:坐標(biāo)和動量的不確定關(guān)系現(xiàn)在是22頁\一共有40頁\編輯于星期四2、能量和時(shí)間的不確定關(guān)系：能量和時(shí)間的不確定關(guān)系現(xiàn)在是23頁\一共有40頁\編輯于星期四一、四個(gè)量子數(shù)：（1）能量量子化——主量子數(shù)n：（反映氫原子能量的量子化）（2）角動量量子化——角量子數(shù)（輔量子數(shù)）l：（反映電子繞核運(yùn)動角動量的量子化）n=1，2，3，…l=0，1，2，3，…，n-1第五節(jié)量子力學(xué)的原子結(jié)構(gòu)概念（§7）現(xiàn)在是24頁\一共有40頁\編輯于星期四（3）空間量子化——磁量子數(shù)m：（反映電子繞核運(yùn)動角動量在外場（磁場或電場）方向（如Z方向）分量的量子化，即空間量子化）（右圖為l=2時(shí)的各種空間取向）m=0，±1，±2，±3，…，±l現(xiàn)在是25頁\一共有40頁\編輯于星期四（4）自旋量子化——自旋量子數(shù)s：（ms反映電子自旋角動量空間取向的量子化）電子具有固定的自旋角動量Ls:自旋量子數(shù)s=1/2質(zhì)、中、電(費(fèi)米子）1光子（玻色子）現(xiàn)在是26頁\一共有40頁\編輯于星期四自旋角動量沿Z軸方向的分量Lsz:自旋磁量子數(shù)ms=-s,-s+1,…,+s對于給定的主量子數(shù)n，電子可能的運(yùn)動狀態(tài)為現(xiàn)在是27頁\一共有40頁\編輯于星期四二、多電子原子對于原子序數(shù)為Z的原子，核外有Z個(gè)電子，電子在核外的排列遵循能量最小原理和泡利不相容原理。

能量最小原理：核外電子都有占據(jù)最低能級的趨勢。

泡利不相容原理(1925年):在一個(gè)原子中不可能有兩個(gè)處于同一量子狀態(tài)的電子。即任何兩個(gè)電子不可能有完全相同的四個(gè)量子數(shù)?，F(xiàn)在是28頁\一共有40頁\編輯于星期四第六節(jié)原子光譜和分子光譜（§8）1、定義：不同波長的光按照波長順序排列就形成圖譜。2、光譜按產(chǎn)生裝置分：發(fā)射光譜吸收光譜一、光譜現(xiàn)在是29頁\一共有40頁\編輯于星期四（1）發(fā)射光譜：物質(zhì)發(fā)出的光直接經(jīng)過分光裝置所得光譜。（暗背景下的亮光譜）現(xiàn)在是30頁\一共有40頁\編輯于星期四（2）吸收光譜：白熾光經(jīng)過物質(zhì)后再經(jīng)過分光裝置所得光譜。（亮背景下的暗光譜）現(xiàn)在是31頁\一共有40頁\編輯于星期四3、光譜按形狀分：連續(xù)光譜（只有發(fā)射光譜具有）線光譜（原子）：分立的譜線帶光譜（分子）：分段密集的譜線現(xiàn)在是32頁\一共有40頁\編輯于星期四原子在高低能級之間躍遷形成的光譜二、原子光譜：選擇定則——原子中電子的躍遷不是任意的，只能在一定的能級間進(jìn)行，原子狀態(tài)的改變通常用量子數(shù)的變化值來描述。如單電子原子：n的改變不受限制，s不變，l=±1，m=0、±1，其他躍遷不可能。（線光譜）現(xiàn)在是33頁\一共有40頁\編輯于星期四1、高能級→低能級：明線光譜；原子發(fā)光（同一元素的發(fā)射光譜與吸收光譜的位置相同，但吸收光譜的譜線數(shù)目較發(fā)射光譜少）低能級→高能級：暗線光譜；原子吸收2、原子價(jià)電子躍遷形成的光譜一般在可見光及其附近的紅外和紫外區(qū)——光學(xué)光譜。原子內(nèi)層電子躍遷形成的光譜在倫琴射線（X射線）范圍——標(biāo)識X射線光譜。現(xiàn)在是34頁\一共有40頁\編輯于星期四3、一價(jià)元素的光學(xué)光譜與氫元素的光譜相似，但較氫光譜復(fù)雜。4、二價(jià)元素的光學(xué)光譜也相似，但較一價(jià)元素的光譜復(fù)雜。（因?yàn)樵有驍?shù)越大的一價(jià)元素，其角量子數(shù)越大）現(xiàn)在是35頁\一共有40頁\編輯于星期四1、高能級→低能級：明帶光譜；分子發(fā)光分子在高低能級之間躍遷形成的光譜。三、分子光譜：（帶光譜）低能級→高能級：暗帶光譜；分子吸收同一分子的發(fā)射光譜與吸收光譜的位置相同，但吸收光譜的譜線數(shù)目較發(fā)射光譜更少由于分子發(fā)熱發(fā)光時(shí)，分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，因此，分子光譜常用吸收光譜現(xiàn)在是36頁\一共有40頁\編輯于星期四2、分子能量E價(jià)電子運(yùn)動的軌道能量Ee分子中原子的振動能量Ev分子的轉(zhuǎn)動能量Er（量子化）現(xiàn)在是37頁\一共有40頁\編輯于星期四3、帶光譜的形成當(dāng)分子從高能級E2躍遷到低能級E1時(shí)，發(fā)射光子因此在ν=ΔEe/h附近會出現(xiàn)許多ν=（ΔEe+ΔEv+ΔEr）/h的譜線。（即帶光譜）現(xiàn)在是38頁\一共有40頁\編輯于星期四4、分子的三種光譜（1）分子轉(zhuǎn)動光譜（ΔEe=ΔEv=0，ΔEr≠