原子物理總結

2021-12-21 14:11:15 字數 1540 閱讀 4789

第三章:量子力學導論

1 玻爾理論的困難:1 無法解釋加速電子在玻爾模型中,電磁輻射消失的現象。

2 在不同能級之間發生的躍遷過程中發射和吸收輻射的原因是不清楚的,對過程的描寫是十分含糊的。(以上是理論上的困難。)

3 無法解釋非類氫原子的光譜。(實驗上的困難。)

2 波粒二象性

光的波粒二象性:愛因斯坦於2023年用光的量子說解釋了光電效應,提出了光子的能量為:e=hν;於2023年提出光子的動量為:

p=h/λ或p=k。其中h為蒲朗克常量,ν、λ分別為光的頻率與波長,k為波矢:k=(2π)/λ。

意義:通過上述公式,我們把標誌波動性質的ν和λ(k),由乙個普適常量—蒲朗克常量h,與標誌著粒子性質的e和p聯絡起來了。

光在傳播時顯示出波動性,在轉移能量時顯示出量子性。)

德布羅意波:粒子也顯示波動性,其粒子波就被稱為德布羅意波。德布羅意波的波長為:λ=h/p。

對德布羅意波的實驗驗證:戴維遜-革末實驗:電子束通過鎳單晶時,出現了衍射現象。(電子在鎳單晶上的衍射遵循布拉克公式。)

用德布羅意波推導原子的角動量:電子的德布羅意波為λ=h/p=h/(mv)。而電子只能在波長取整的周長上運動(即定態的軌道),故nλ=(nh)/(mv)=2πr,則mvr=(nh)/2π,即l=n。

3 不確定關係

粒子在客觀上不能同時具有確定的座標位置及相應的動量:δxδpx>=/2;

粒子在客觀上不能同時測準在某一確定時刻及在該時刻上所具有的能量:δtδe>=/2。

互補原理(有時也被稱為並協原理):光和粒子都有波粒二象性,而波動性與粒子性又不會在同一次測量**現,那麼,二者在描述微觀粒子時就是互斥的;另一方面,二者不同時出現就說明二者不會在實驗中直接衝突。同時二者在描述微觀現象,解釋實驗時又是缺一不可的。

(不確定原理是傾向於物理的解釋,而互補原則則傾向於哲學的解釋。)

4 波函式及其統計解釋

波函式的表示:ψ=ψ0*sin2π(x/λ-νt)或ψ=ψ0exp(i(.-ωt))。其中ψ0表示波的概率幅,l l=2π/λ,ω=2πν。

在給定時間、在處的單位體積中發現乙個粒子的概率p為:p=lψ0l^2。對於概率來說,重要的是相對概率分布,顯而易見,ψ與cψ所描述的相對概率分布是完全相同的。

5 雙縫干涉實驗

當粒子穿過雙縫打到屏上的時候,在沒有觀測的情況下,出現了干涉影象,此時,粒子表現出波動性。而在觀測的情況下,粒子還是表現粒子性的。

用態的疊加原理解釋雙縫干涉實驗

設電子從其中的乙個縫中通過的概率p1,其所對應的概率幅為ψ1;另乙個縫中通過的概率為p2,概率幅為ψ2(縫是相同的,否則不會出現干涉現象)。則通過縫的總的概率幅為ψ1+ψ2,則其概率p為lψ1+ψ2l^2=(ψ1)^2+(ψ2)^2+ψ1ψ*2+ψ*1ψ2,其中ψ1ψ*2+ψ*1ψ2就是干涉相。ψ*與ψ的共軛。

6 薛丁格方程:-^2/(2m) ψxx+v(x) ψ=i ψt。其中ψxx表示ψ波函式對x的兩次導數,v(x)表示粒子在場中所具有的勢能,ψt表示ψ對t的一次導數。

空間內的薛丁格方程:-^2/(2m) (▽^2)ψ(,t)+v(,t) ψ=i ψt(,t),其中▽^2是拉普拉斯算符,表示對x,y,z兩次的偏導。

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