量子物理

用 X 射线作光散射实验时，发现：X 射线被散射后，除部分波长没有改变外，还有部分波长变长。一个光子和散射物中的一个自由电子（或束缚很弱的电子）发生碰撞时、一个光子和散射物中的束缚很紧的电子发生碰撞。

量子物理

• 黑体辐射 普朗克能量子假设
  • 黑体辐射
    • 热辐射
      • 热辐射:任何物体在任何温度下都要发射电磁波。这种由于物体中分子和原子受到热激发而发射电磁福射的现象，称为热福射
    • 黑体
      • 理想模型 能把一切外来的电磁福射全部吸收
      • 在相同温度下，黑体吸收本领最强，热福射本领也最强
    • 单色辐出度
      • 温度为T ，黑体 单位面积 单位时间 波长为入 的电磁波能M入(T)
        • 随波长而变化
        • 与材料无关
    • 辐出度
      • 单位时间 温度T 黑体 单位面 各种波长电的总能M (T)
        • 与材料和温度有关
  • 维恩位移定律
    • 黑体的辐出度M（T)与温度的四次方成正比
    • 入mT=b(为一常量) 峰值波长随温度的增大而减小
  • 瑞利-金斯定律
    • 紫外灾难 数学表达式与现实不符合
  • 普朗克量子假设
    • 空腔壁上的带电谐振子吸收或发射的能量，只能是hv的整数倍(不连续)
• 光电效应 光的波粒二象性
  • 爱因斯坦方程：
  • 红线频率
  • 遏制电势差Ua
  • • 即使光强很弱，只要 hν促使电子发射，就产生光电效应，与光强无关
    • 电子吸收光子为一很短过程，光电效应没有时滞，是瞬时完成的。
  • 光的波粒二象性
    • 粒子性
      • 光子能量
      • 光子质量
      • 光子动量
    • 波动性
• 康普顿效应
  • 用 X 射线作光散射实验时，发现：X 射线被散射后，除部分波长没有改变外，还有部分波长变长
  • 定性解释
    • 一个光子和散射物中的一个自由电子（或束缚很弱的电子）发生碰撞时
      • 入射光子能量一部分给电子，电子获得能量离开散射物沿一定角度飞出
      • 光子沿某方向弹开形成散射光子
    • 一个光子和散射物中的束缚很紧的电子发生碰撞
      • 散射光的频率与入射光频率一样
  • 定量解释
  • 在原子序数小的物质中，康普顿散射较强
  • 康普顿波长：
• 氢原子光谱和玻尔理论
  • 氢原子光谱
    • 巴耳末系：
    • 赖曼系（m =1）
    • 巴尔末系（m =2）
    • 帕邢系（m =3）
  • 玻尔氢原子理论
    • 假设
      • 电子在原子中沿一组特殊轨道运动，并处于稳定状态。电子绕核作加速运动时，不随意吸收和发射辐射，称为定态
      • 当一个电子以某种方式从一个定态向另一个定态跃迁时，原子就会吸收或发射光子
      • 角动量是量子化的
    • 缺点
      • 玻尔理论只能说明氢原子及类氢原子的光谱规律，不能解释多 电子原子的光谱，无法解释谱线的强度、宽度
      • 还运用了经典力学质点的理论，相矛盾
      • 量子化条件的引进没有适当的理论解释。缺乏内在逻辑性
      • 对于氢原子精细结构和塞曼效应无法解释，对谱线的强度、宽度、偏振等无法处理
• 德布罗意假设
  • 实物粒子和光子一样，也具有波粒二象性。如果用能量E和动量p来表征实物粒子的粒子性，则可用频率v和波长入 来表示实物粒子的波动性
  • 德布罗意波
    • 即实物粒子的波动
    • 注：其既不是机械波也不是电磁波，也称为“物质波”
  • 玻尔角动量量子化条件与驻波等效
    • 电子绕核在稳定轨道上作圆周运动，看成德布罗意波形成驻波。由驻波条件，波传播一周应光滑连接，即轨道周长为波长的整数倍
    • 处于稳定态：驻波不传播能量
• 不确定性关系
  • 海森伯测不准关系
  • 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；不确定关系是微观粒子波粒二象性的必然结果
• 物质波的波函数
  • 用函数表达式来表述与微观粒子相联系的物质波
  • 由
  • 所以波函数是几率波
    • 电子出现在哪儿无法确定，但出现在哪儿的几率却是确定的
    • 波函数称为描述体系的量子状态