第一章經(jīng)典物理的困難第1頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1導(dǎo)論第7學(xué)期第6學(xué)期集成電路測(cè)試技術(shù)第5學(xué)期半導(dǎo)體集成電路專用集成電路設(shè)計(jì)第4學(xué)期電子器件半導(dǎo)體工藝原理與技術(shù)半導(dǎo)體材料學(xué)第3學(xué)期半導(dǎo)體物理計(jì)算機(jī)數(shù)值分析微電子機(jī)械系統(tǒng)微電子專業(yè)技能實(shí)踐微電子物理基礎(chǔ)超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)電子電路模擬仿真FundamentalPhysicsofMicroelectronics第2頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2主要內(nèi)容微電子物理基礎(chǔ)量子力學(xué)固體物理統(tǒng)計(jì)物理基礎(chǔ)基本概念波動(dòng)方程力學(xué)量微擾理論晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)合晶格振動(dòng)能帶理論微觀粒子運(yùn)動(dòng)的平均規(guī)律氫原子一維諧振子波粒二象性第3頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3主要參考書《電子工程物理基礎(chǔ)》，唐潔影《固態(tài)電子學(xué)基礎(chǔ)》，薩支唐《fundamentalsofsolid-stateelectronics》,Chin-TangSah其他量子力學(xué)、固體物理等相關(guān)書籍第4頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4量子力學(xué)QuantumMechanics。。。我想我可以相當(dāng)有把握地說(shuō)，沒(méi)有人理解量子力學(xué)。——理查德·費(fèi)曼第5頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5集成電路的組成結(jié)構(gòu)

-許多薄的導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體層相互交疊形成的多層薄膜結(jié)構(gòu)(SandwichedLayers)

-每一個(gè)半導(dǎo)體層由幾個(gè)乃數(shù)幾百萬(wàn)個(gè)基體原子層組成量子力學(xué)Whytostudyit?量子概率和波動(dòng)力學(xué)處理微小距離的不確定性

-固態(tài)物質(zhì)中包含著大量電子、離子和中性原子，每立方厘米中大約有1023個(gè)。-粒子多，相距近，不能用經(jīng)典Newton力學(xué)來(lái)描述。-觀測(cè)到的只是粒子的平均性質(zhì)，而不是每個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)。第6頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6課程主要內(nèi)容

(一)經(jīng)典物理學(xué)的困難波粒二象性(二)波函數(shù)和薛定鄂方程勢(shì)壘貫穿(三)力學(xué)量算符

(四)微擾理論氫原子

(五)前沿量子科技(補(bǔ)充)量子力學(xué)第7頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三7導(dǎo)論

量子力學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用第8頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三8經(jīng)典物理ClassicalPhysics

物理學(xué)中的四大力學(xué)牛頓力學(xué)(Newton’smechanics):描述宇宙中宏觀物體運(yùn)動(dòng)論熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)(Thermodynamicsandstatisticalphysics)：關(guān)于熱現(xiàn)象的宏觀、微觀描述電動(dòng)力學(xué)(Electrodynamics):電磁現(xiàn)象的理論(Maxwell的電磁場(chǎng)理論和關(guān)于電磁波的傳播媒質(zhì)-以太ether存在的假說(shuō))經(jīng)典物理學(xué)遇到了困難第9頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9量子力學(xué)發(fā)展歷史1什么是量子力學(xué)，量子力學(xué)的研究對(duì)象？2量子力學(xué)的建立過(guò)程3量子力學(xué)的成功

4量子的應(yīng)用5

經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)的比較第10頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三101什么是量子力學(xué)，量子力學(xué)的研究對(duì)象？量子物理學(xué)，是在原子層次研究物質(zhì)和輻射的一門學(xué)問(wèn)。量子世界中的粒子具有波粒二象性，能量具有分立性和非連續(xù)性。量子力學(xué)是描述微觀世界的基本理論；反應(yīng)的是微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)理論。量子力學(xué)的主要特征是要用一個(gè)普適常數(shù)－普郎克常數(shù)h來(lái)表征.測(cè)不準(zhǔn)原理(微小距離的不確定性)量子力學(xué)不但支配著整個(gè)微觀世界，也支配著整個(gè)宏觀世界，可以說(shuō)整個(gè)物理學(xué)都是量子物理學(xué)，宏觀自然現(xiàn)象的經(jīng)典物理學(xué)不過(guò)是量子力學(xué)規(guī)律的近似.第11頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三112量子力學(xué)的建立過(guò)程十九世紀(jì)末，經(jīng)典物理已發(fā)展得相當(dāng)完善，那時(shí)，人們認(rèn)為經(jīng)典物理似乎已經(jīng)是無(wú)所不能：力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動(dòng)光學(xué)等問(wèn)題大都已經(jīng)解決，甚至遠(yuǎn)及太陽(yáng)系中的問(wèn)題也能用經(jīng)典物理處理。兩朵烏云(1)黑體輻射-紫外災(zāi)難(2)以太漂移三大發(fā)現(xiàn)(1)1895年，倫琴射線—X射線，第一枚諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(2)1896年，放射性元素的鈾和鐳(3)1897年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子第12頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三12A早期的量子力學(xué)-1900年普朗克為了克服經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難引入能量子（energyquanta），為量子理論奠定基礎(chǔ)，他本人也被譽(yù)為量子理論之父。-1905年愛(ài)因斯坦為了解釋光電效應(yīng)與經(jīng)典理論的矛盾，提出了光量子（lightquantum）后人稱之為光子(Photon)，為量子理論的發(fā)展打開了局面。實(shí)質(zhì)：光的波粒二象性-1913年玻爾在盧瑟夫原子有核模型基礎(chǔ)上運(yùn)用量子化概念對(duì)氫原子光譜作出了圓滿解釋，量子力學(xué)取得初步勝利第13頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三13B量子力學(xué)的建立1923年德布羅意提出物質(zhì)波的思想1925年玻恩－海森堡創(chuàng)立矩陣量子力學(xué)，1926年薛定諤建立波動(dòng)力學(xué)量子探險(xiǎn)的兩條道路：1900年P(guān)lanck1905年Einstein1923年deBroglie1913年Bohr1923年Bohr1925年Heisenberg1926年Schr?dinger第14頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三14C量子力學(xué)的誕生矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)的殊途同歸＿＿1928年的狄拉克提出電子的相對(duì)論性方程－狄拉克方程，標(biāo)志著量子力學(xué)的誕生D量子力學(xué)建立發(fā)展過(guò)程中的重要人物（諾貝爾獎(jiǎng)獲得者）普朗克1918能量子愛(ài)因斯坦1921光電效應(yīng)的解釋玻爾1922氫原子軌道密立根1923光電效應(yīng)的證實(shí)康普頓1927光子動(dòng)量德布羅意1929粒子的波粒二象性海森堡1932量子力學(xué)的建立薛定諤1933薛定諤方程泡利1945不相容原理玻恩1954波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋狄拉克1933狄拉克方程第15頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三153量子力學(xué)的成功

成功解釋：原子、原子核的結(jié)構(gòu)固體結(jié)構(gòu)元素周期表和化學(xué)鍵超導(dǎo)電性、半導(dǎo)體性質(zhì)促成：現(xiàn)代微電子技術(shù)—信息化時(shí)代激光技術(shù)新能源、新材料出現(xiàn)使人類進(jìn)入信息化時(shí)代沒(méi)有量子力學(xué)

就沒(méi)有人類20世紀(jì)的文明李政道第16頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三164量子的應(yīng)用檢測(cè)炸彈并行計(jì)算(量子糾纏態(tài))

搜索數(shù)據(jù)庫(kù)量子超光速通信（遠(yuǎn)距離傳物）電子隧道顯微鏡量子器件第17頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三17量子信息學(xué)quantuminformationtheory產(chǎn)生存儲(chǔ)編碼傳輸譯碼信道傳輸:可靠性有效性核心芯片的集成度量子力學(xué)的新進(jìn)展使新的交叉學(xué)科

——量子信息學(xué)應(yīng)運(yùn)而生第18頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三18量子比特qubit

特征：量子疊加態(tài)量子系統(tǒng)可能同時(shí)處于“1”或“0”態(tài)這樣的量子疊加態(tài)

集成：量子密碼學(xué)第19頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三19量子計(jì)算機(jī)是其主要研究?jī)?nèi)容之一建立在量子理論基礎(chǔ)上的最有發(fā)展前景！突破經(jīng)典信息系統(tǒng)極限的途徑－量子計(jì)算機(jī)第20頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三20QuantumtheoryThetheorydevisedbyMaxPlanckin1900toaccountfortheemissionoftheblack-bodyradiationfromhotbodies.Thistheoryledtothemoderntheoryofinteractionbetweenmatterandradiationknownasquantummechanics,whichgeneralizesandreplacesclassicalmechanicsandMaxwell’selectromagnetictheory.第21頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三21Asystemofmechanicsthatwasdevelopedfromquantumtheoryandisusedtoexplainthepropertiesofatomsandmolecules.UsingtheenergyquantumasastartingpointitincorporatesHeisenberg’suncertaintyprincipleanddeBrogliewavelengthtoestablishthewave-particledualityonwhichSchr?dinger’sequationisbased.Thisformofquantummechanicsiscalledwavemechanics.Analternativebutequivalentformalism,matrixmechanics,isbasedonmathematicaloperators.Quantummechanics第22頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三225經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)的比較量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)并不矛盾。當(dāng)微觀粒子質(zhì)量較大時(shí)（如質(zhì)子或整個(gè)原子）或能量較大時(shí)，量子力學(xué)給出的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與經(jīng)典力學(xué)（即牛頓定律）給出的規(guī)律是一致的。經(jīng)典力學(xué)是量子力學(xué)的一種極限。一般可以拿氫原子中的電子作標(biāo)準(zhǔn)。如質(zhì)子的質(zhì)量比電子大1836倍，所以質(zhì)子質(zhì)量一般的運(yùn)動(dòng)用經(jīng)典力學(xué)計(jì)算即足夠準(zhǔn)確。電視機(jī)顯像管中的電子，其能量比氫原子中的電子大數(shù)千倍，所以設(shè)計(jì)顯像管時(shí)用經(jīng)典力學(xué)計(jì)算即可。第23頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三23經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)的比較經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)研究對(duì)象宏觀微觀運(yùn)動(dòng)方程N(yùn)ewton、MaxwellSchr?dinger運(yùn)動(dòng)過(guò)程連續(xù)運(yùn)動(dòng)非連續(xù)力學(xué)量x/p確定，其它確定確定值多個(gè)力學(xué)量（算符）以概率形式取分立值勢(shì)壘勢(shì)壘貫穿（半導(dǎo)體器件）完全反射軌道確定的運(yùn)動(dòng)軌道不具有確定的軌道動(dòng)量、位置確定性不確定性態(tài)疊加兩列波的疊加可能狀態(tài)的相干疊加粒子不體現(xiàn)波粒二象性第24頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三24第一章經(jīng)典物理學(xué)的困難1黑體輻射和普朗克的能量子假說(shuō)2光電效應(yīng)和愛(ài)因斯坦的光量子論3原子結(jié)構(gòu)的玻爾量子論4康普頓散射5波粒二象性第25頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三25光是一種波wave干涉條紋一條狹縫200年前，托馬斯揚(yáng)(ThomasYoung)利用雙縫實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光是一種波，得到明暗相間的干涉條紋第26頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三26似水波干涉所產(chǎn)生的波峰和波谷光是由在空間傳播有電磁波所組成的用麥克斯維方程組得出所有的電磁波都以光速進(jìn)行傳播光似波的形式傳播就象水波第27頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三271黑體輻射和普朗克的能量子假說(shuō)（1）基本概念A(yù)熱輻射（Heatradiation）物體受熱就會(huì)發(fā)光,溫度不同時(shí),輻射的波長(zhǎng)不同。

例如：加熱鐵塊，溫度

看不出發(fā)光暗紅橙色黃白色這種與溫度有關(guān)的輻射，稱為熱輻射。基本特點(diǎn):1熱輻射波譜是連續(xù)譜，但是強(qiáng)度不同2溫度短波長(zhǎng)的電磁波的比例

第28頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三28實(shí)際上,任何物體即使不被人為加熱，也會(huì)有熱輻射紅外照相機(jī)拍攝的人的頭部的熱圖，熱的地方顯白色，冷的地方顯黑色高溫物體發(fā)出的是紫外光UV熾熱物體發(fā)出的是可見(jiàn)光VL3低溫物體發(fā)出的是紅外光第29頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三29B平衡熱輻射

加熱一物體,物體的溫度恒定不變時(shí),物體所吸收的能量等于在同一時(shí)間內(nèi)輻射的能量，這時(shí)得到的輻射稱為平衡熱輻射。C輻射的能量密度單位時(shí)間內(nèi)從輻射體表面的單位面積上發(fā)射出的輻射能量的頻率分布E(,T),稱為輻射的能量密度，用它來(lái)描述物體的輻射本領(lǐng)，單位是焦耳/米2第30頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三30(2)黑體和黑體輻射A黑體（Blackbody)能完全吸收各種波長(zhǎng)電磁波而無(wú)反射的物體。利用黑體可撇開材料的具體性質(zhì)來(lái)普遍地研究熱輻射本身的規(guī)律B黑體輻射(Blackbodyradiation)如果將黑體加熱到某一溫度T，則必定輻射與它吸收的頻譜完全相同的電磁波，稱為黑體輻射第31頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三31C怎樣實(shí)現(xiàn)黑體和黑體輻射？

完全被不透過(guò)輻射的壁(可以為鐵、銅、瓷器等材料）包住，且維持在一定溫度T的空腔，其孔的大小遠(yuǎn)比內(nèi)壁總面積小。可高度近似為黑體。將該空腔浸在溫度T的恒溫槽中，使空腔壁產(chǎn)生輻射，腔內(nèi)充滿輻射能量，達(dá)到平衡熱輻射時(shí)便從孔輻射出電磁波，這就實(shí)現(xiàn)了黑體輻射。第32頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三32(3)黑體輻射的規(guī)律A.溫度升高時(shí)，頻率峰值(能量)向高頻方向移動(dòng)B.輻射出度與溫度成正比維恩位移定律：熱力學(xué)理論找到T與λ之間的關(guān)系：解釋：當(dāng)黑體的熱力學(xué)溫度升高時(shí)，與單色輻射出度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)斯特藩-玻耳茲曼定律：第33頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三33(3)黑體輻射的規(guī)律C.瑞利－金斯線，高頻處輻射能量越高紫外災(zāi)難在經(jīng)典理論，能量均分定律基礎(chǔ)上建立在低頻部分，與實(shí)驗(yàn)符合得很好高頻(短波)處，出現(xiàn)巨大的分歧第34頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三34Black-bodyradiationistheelectromagneticradiationemittedbyablackbody.Itextendsoverthewholerangeofwavelengthsandthedistributionofenergyoverthisrangehasacharacteristicformwithamaximumatacertainwavelength.Thepositionofthemaximumdependsontemperature,movingtoshorterwavelengthswithincreasingtemperature.Black-bodyradiation第35頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三35

普朗克假設(shè)：

光并不是總是一種平滑、連續(xù)的波動(dòng)，而是可以分割成“量子”的許多小塊。吸收或發(fā)射電磁輻射只能以“量子”方式進(jìn)行，每個(gè)“量子”的能量為(4)Planck假設(shè)M.Planck德國(guó)人1858－1947第36頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三361900.12.14.普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上報(bào)告了與全波段實(shí)驗(yàn)結(jié)果極為符合的普朗克黑體輻射公式：普朗克理論開始突破了經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的束縛，打開了光的粒子性的大門。普朗克本人也有很多的困惑和彷徨····其中h=6.626×10-34J·s稱為普朗克常數(shù)約化普朗克常數(shù)第37頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三37普朗克對(duì)黑體輻射的解釋在任何一個(gè)物體內(nèi)部，能量分布并不是均勻的。有少數(shù)原子會(huì)具有非常大的能量，也有少數(shù)原子會(huì)幾乎沒(méi)有能量，而大多數(shù)的原子具有中等大小的能量。每一個(gè)原子都能夠以量子的形式發(fā)射電磁輻射。對(duì)于較高f值，發(fā)射出相應(yīng)量子所需的能量非常大，只有少數(shù)原子才具備。對(duì)于較低的頻率，所需的能量較少，即使所有這些低能量量子加在一起，對(duì)波型影響也小。第38頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三38(5)量子假說(shuō)的含義及其與宏觀現(xiàn)象的關(guān)系=h能量子經(jīng)典能量量子為什么在宏觀世界中,觀察不到能量分離的現(xiàn)象?例：設(shè)想一質(zhì)量為m=1g的小珠子懸掛在一個(gè)小輕彈簧下面作振幅A=1mm的諧振動(dòng)。彈簧的勁度系數(shù)k=0.1N/m。按量子理論計(jì)算，此彈簧振子的能級(jí)間隔多大？減少一個(gè)能量子時(shí),振動(dòng)能量的相對(duì)變化是多少？能量n,量子數(shù)第39頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三39解：彈簧振子的頻率能級(jí)間隔振子現(xiàn)有能量相對(duì)能量變化現(xiàn)在能達(dá)到的最高的能量分辨率為：原因:在宏觀世界中h太小了,以至于可以忽略它的作用。0第40頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三402光電效應(yīng)Photoelectriceffect

光電效應(yīng):光照射某些金屬時(shí)能從表面釋放出電子的效應(yīng)。這時(shí)產(chǎn)生的電子稱為光電子(photoelectron)。光電效應(yīng)引起的現(xiàn)象是赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)的,后經(jīng)總結(jié)得出以下規(guī)律：A

對(duì)一定的金屬存在一個(gè)臨界頻率0，當(dāng)<0時(shí)不論多強(qiáng)的光也不會(huì)產(chǎn)生光電子B每個(gè)光電子的能量只與照射光的頻率有關(guān)，而與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，光強(qiáng)只影響到光電流的強(qiáng)度，即光電子的數(shù)目C不論光強(qiáng)多微弱只要>0,立即觀測(cè)到光電子第41頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三41光束和物質(zhì)相互作用時(shí)，其能量并不象波動(dòng)理論所想象的那樣連續(xù)分布，而是集中在一些叫光子（photon）的粒子上。這種粒子保持著頻率或波長(zhǎng)的概念，光子的能量正比于其頻率，即光量子具有“整體性”，光的發(fā)射、傳播、吸收都是量子化的（1）愛(ài)因斯坦光量子假設(shè)(1905)lightquantumassumption根據(jù)光的動(dòng)量和能量關(guān)系：p=E/c，得到：p=h/λ第42頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三42

當(dāng)

＜A/h時(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)，

I光子數(shù)N打出光電子多

im

光量子假設(shè)解釋了光電效應(yīng)的全部實(shí)驗(yàn)規(guī)律！(2)對(duì)光電效應(yīng)的解釋:一個(gè)光子將全部能量交給一個(gè)電子，電子克服金屬對(duì)它的束縛，從金屬中逸出。能量為h的光子被電子吸收，其中能量的一部分用來(lái)克服金屬表面的吸引力，另一部分就是電子逃逸后的動(dòng)能A：逸出功第43頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三43(3)光電效應(yīng)解釋的實(shí)驗(yàn)證實(shí)1915年，美國(guó)物理學(xué)家密立根在實(shí)驗(yàn)上精確證實(shí)了愛(ài)因斯坦給出的光電效應(yīng)定律1922年，康普頓效應(yīng)證實(shí)了光量子的存在1926年，美國(guó)化學(xué)家劉易斯將光量子正式命名為光子(photon)

愛(ài)因斯坦晚年認(rèn)為：光量子概念是他一生中所提出的最具革命的思想第44頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三443原子結(jié)構(gòu)的玻爾量子論Bohr1911年，E.Ruthford通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)建立了原子的有核模型，原子是由原子核(atomicnucleus)和核外電子(electron)組成。困難：是什么維持原子的穩(wěn)定性？原子線光譜(特征譜線)氫光譜鋰光譜鈉光譜第45頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三45玻爾的原子模型原子只穩(wěn)定地存在于離散的能量E1,E2….能量的分立性(discrete)叫能量的量子化(energyquantization)原子只有在兩個(gè)定態(tài)間躍遷時(shí)才發(fā)射或吸收電磁波。

Em-En=hν殼層間的能量差隨殼層靠近原子核而增加第46頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三46玻爾的軌道角動(dòng)量的量子化條件電子圓軌道運(yùn)動(dòng)提出了軌道角動(dòng)量的量子化條件(quantizationcondition):Bohr計(jì)算出電子的圓軌道運(yùn)動(dòng)的半徑:以及各個(gè)能級(jí)的能量：

對(duì)氫原子Z=1氫原子的基態(tài)軌道半徑：玻爾半徑第47頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三47BohrtheoryThistheorypublishedin1913bytheDanishphysicistNielsBohr[1885-1962]toexplainthelinespectrumofhydrogen.Heproposedthatelectronscouldonlyoccupyorbitsinwhichthisangularmomentumhadcertainfixedvalues,h/2π，2h/2π,3h/2π,…nh/2π.第48頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三484康普頓散射ComptonScattering康普頓散射：當(dāng)用波長(zhǎng)為0的X射線照射原子中的電子時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射波中出現(xiàn)≠0的波光子和電子的碰撞能量、動(dòng)量守恒：

第49頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三49Compton

ScatteringX射線光子與“靜止”的“自由電子”發(fā)生碰撞

X射線的光子與靜止的自由電子之間是彈性碰撞，并假設(shè)在碰撞過(guò)程中能量守恒,動(dòng)量守恒。光子把部分能量傳給了電子，光子能量減小,頻率變小,因而波長(zhǎng)變長(zhǎng)。討論：第50頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三50康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；證實(shí)了光的粒子性（2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；（3）證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。第51頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三515波粒二象性wave-particleduality經(jīng)典物理對(duì)粒子概念的理解經(jīng)典粒子具有確定的大小、質(zhì)量和電荷，在空間占據(jù)一個(gè)確定的位置。它們?cè)谂c其他物體發(fā)生作用時(shí)，是整體發(fā)生作用。經(jīng)典粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，服從牛頓力學(xué)定律，具有一確定的軌道經(jīng)典粒子的狀態(tài)用相應(yīng)物理量(能量、動(dòng)量等)的值來(lái)表征，而這物理量是可以取連續(xù)值的，且取值也是確定的。第52頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三525波粒二象性wave-particleduality經(jīng)典物理學(xué)中波動(dòng)的概念經(jīng)典波動(dòng)是可以在整個(gè)空間中傳播的周期性擾動(dòng)。表征經(jīng)典波動(dòng)的物理量是頻率和波矢，運(yùn)動(dòng)服從相應(yīng)的波動(dòng)方程。經(jīng)典粒子滿足疊加原理，可以得到干涉和衍射花樣。光的波動(dòng)性用波長(zhǎng)和頻率來(lái)描述光的粒子性用質(zhì)量和動(dòng)量來(lái)描述第53頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三53A愛(ài)因斯坦的光1909年，愛(ài)因斯坦首次提出光的波粒二象性對(duì)于統(tǒng)計(jì)平均現(xiàn)象光表現(xiàn)為波動(dòng)，而對(duì)于能量漲落現(xiàn)象光卻表現(xiàn)為粒子我也似粒子!我只可以到達(dá)屏幕上的一個(gè)位置我似波!我可以同時(shí)通過(guò)兩條縫雙縫屏p=h/λ第54頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三54B電子的雙縫干涉圖樣雙縫的存在使得電子以某種未知的方式發(fā)生相互作用粒子性波動(dòng)性概率波第55頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三55C宏觀世界是否存在波粒二象性？h=o.oooooooooooooooooooooooooo66m=o.ooooooooooooooooooooooooooo9如果h再大些，網(wǎng)球的行為也會(huì)和電子一樣。只有對(duì)于那些質(zhì)量非常小的物體，才能夠檢測(cè)到它們的波長(zhǎng)。第56頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期三56D波粒二象性的實(shí)驗(yàn)論據(jù)1927年，C.J.Davisson和L.A.Germer做了電子束在晶體表面的散射實(shí)驗(yàn)，觀察到和X射線衍射類似的電子衍射現(xiàn)象，首先證實(shí)了電子的波動(dòng)性。1927年，Thomson做了電子束穿過(guò)多晶薄膜的衍射實(shí)驗(yàn)，得到和X射線相似的衍射圖樣。1961年，Jonsson做了電子的單縫、雙縫和三縫實(shí)驗(yàn)，得到明暗條紋，更直接說(shuō)明了電子具有波動(dòng)性。除電子外，實(shí)驗(yàn)陸續(xù)證明了中子、質(zhì)子及原子甚至分子都具有波動(dòng)性。

一切粒子都具有波粒二象