普通化學(xué)輔導(dǎo):量子論與原子結(jié)構(gòu)常見(jiàn)問(wèn)題1
1. 微觀粒子不受影響的條件下也沒(méi)有確定的位置和動(dòng)量是嗎?不能確定是指沒(méi)法測(cè)?
答:微觀粒子不存在具體的位置和動(dòng)量,我們通常在實(shí)際中用來(lái)描述的位置和動(dòng)量只是外界干預(yù)粒子后接受到的反饋信息?;蛘哒f(shuō)是我們近似描述其某一方面的性質(zhì)的結(jié)果。
2. 可怎么就知道無(wú)運(yùn)動(dòng)軌道了呢?看不見(jiàn)不等于沒(méi)有啊?
答:軌道的概念是我們強(qiáng)加上去的,粒子只會(huì)在一定的空間以幾率形式存在。
3. 可這個(gè)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系到底是什么?是說(shuō)不可能同時(shí)而又準(zhǔn)確的測(cè)量微觀粒子的位置和動(dòng)量。怎么扯到微觀粒子的自身運(yùn)動(dòng)上了呢?
答:測(cè)不準(zhǔn)原理應(yīng)為不確定原理。微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是其在空間幾率分布的一種宏觀表現(xiàn)形式。
4. 另外數(shù)學(xué)式中的大于號(hào)是什么意思?老師上課講題時(shí),算出Δx≥10(-8次方)m,100m也滿(mǎn)足啊,怎么證明測(cè)量誤差小呢?
答:數(shù)學(xué)式表示是不確定原理具體到某些情形的表述,不確定原理只是反映了測(cè)量的最小誤差,其遠(yuǎn)小于實(shí)際測(cè)量的誤差。
5. 那老師上課時(shí)用來(lái)說(shuō)明測(cè)不準(zhǔn)原理的圖(即以光子使電子動(dòng)量改變導(dǎo)致測(cè)不準(zhǔn)),并不能反映實(shí)質(zhì)了?即不測(cè)也不準(zhǔn)?
答:關(guān)于測(cè)不準(zhǔn)原理與測(cè)量的關(guān)系,可作如下說(shuō)明:
從原理上講,Heisenberg測(cè)不準(zhǔn)原理是由de Broglie波粒二象性導(dǎo)出的。所以它的導(dǎo)出不需要借助于實(shí)驗(yàn)。但是為了說(shuō)明這個(gè)關(guān)系式,幾乎所有的教材都會(huì)引用一個(gè)實(shí)驗(yàn)類(lèi)比,來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明這個(gè)不等式的物理意義。
對(duì)于上述原理我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)它。因?yàn)橛^察一個(gè)物體,要求光波的波長(zhǎng)至少要等于物體的大小(這樣才能看到物體),即lamda <= delta X。且deltaP 與 h/lamda處于同一數(shù)量級(jí)。因此同樣有測(cè)不準(zhǔn)原理。以上只是簡(jiǎn)單推導(dǎo),精確推導(dǎo)比這個(gè)略為復(fù)雜一些。
作為實(shí)驗(yàn)類(lèi)比本身而言,沒(méi)有任何問(wèn)題,它再一次確認(rèn)了測(cè)不準(zhǔn)原理。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)往往會(huì)給學(xué)生一個(gè)印象:測(cè)不準(zhǔn)是因?yàn)槭軐?shí)驗(yàn)條件限制,或技術(shù)不夠先進(jìn),將來(lái)還是有可能測(cè)得準(zhǔn)的。所以以前也經(jīng)常有同學(xué)會(huì)問(wèn):“沒(méi)法測(cè)就說(shuō)測(cè)不準(zhǔn),這合理嗎?”其實(shí)愛(ài)因斯坦也有過(guò)類(lèi)似疑問(wèn),他甚至設(shè)計(jì)了另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)否定這個(gè)原理。但是迄今為止的實(shí)驗(yàn)觀察和理論分析都符合上述原理,因此目前大多數(shù)人已經(jīng)接受哥本哈根的解釋?zhuān)催@是微觀粒子的本質(zhì)。
6. 課本215頁(yè)說(shuō):“高速電子轟擊放電管中對(duì)陰極金屬時(shí),金屬原子中內(nèi)層電子被激發(fā)后,外層電子受原子核吸引,可以從外層跳入內(nèi)層”,請(qǐng)問(wèn)這一過(guò)程中,外層電子為何不被激發(fā)?內(nèi)層電子激發(fā)后是一種怎樣的狀態(tài)?是被激發(fā)到外層嗎?或是離開(kāi)原子?
答:電子吸收入射電子的能量后被激發(fā),激發(fā)通常是指低能級(jí)電子躍遷到較高能級(jí)。當(dāng)內(nèi)層電子躍遷到高能級(jí)后,外層電子和才被激發(fā)的電子都可以躍遷回到內(nèi)層軌道,并發(fā)射一個(gè)光子。電子能否躍遷,取決于電子接受的能量是否相當(dāng)于兩個(gè)能級(jí)之差。因此當(dāng)內(nèi)層電子被激發(fā)時(shí),外層電子也有可能被激發(fā),激發(fā)幾率取決于入射電子能量的分布和能級(jí)間的躍遷選律。
7. 218頁(yè)中的“黑體中的一個(gè)原子群以相同頻率振動(dòng)而發(fā)出電磁波”,請(qǐng)問(wèn)這兒“振動(dòng)”是怎樣的狀態(tài)?又如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)原子群呢?
答:Planck認(rèn)為黑體的原子具有振動(dòng)頻率v,它們?cè)谑軣釙r(shí)可以發(fā)射電磁波nhv,n=1,2,...。振動(dòng)是指原子圍繞某一位置作往返運(yùn)動(dòng),就像鐘擺或彈簧一樣。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為原子的振動(dòng)能量是連續(xù)的,且在絕對(duì)零度時(shí)為零。Planck建議原子振動(dòng)的能量是量子化的,即只能取若干個(gè)不連續(xù)的能量。后來(lái)人們又證實(shí)原子振動(dòng)在絕對(duì)零度時(shí)不為零,即存在零點(diǎn)能。
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