量子力学の萌芽と古典物理学の終焉

第 4 章量子力学の萌芽と古典物理学の終焉

原子模型と Bohr の仮説: 原子模型と Rutherford の実験; 原子は原子の中心付近に局在した正電荷（原子核）と原子の大きさ程度の所を運動する電子から構成されることが Rutherford の実験で確かめられた。; 電磁気学によれば，上の事実は原子が安定に存在できないことを意味する。原子核の回りを運動する電子は電磁波を放出して一瞬のうちに原子核の中に落ち込んでしまうからである。これもまた古典物理学の綻びの一つである。; Bohr の仮説と前期量子論; Bohr は上の現象を説明するために，幾つかの仮説を設けた。これは前期量子論と呼ばれ，量子力学の建設に大きな役割を果たした。; 教科書 p.192～193 参照
素粒子の波動・粒子二重性 --- 古典物理学の深刻な綻び: 光電効果 --- 光の粒子性; 紫外線やＸ線をアルカリ金属のような物質に当てたときに金属から電子が放出される現象を光電効果と呼ぶ。; この現象は次のような事実から光が波動であることに矛盾する。; (1) 放出された個々の電子のもつ運動エネルギーは，入射光の強度には無関係で入射光の振動数（波長）だけに依存する。; (2) 放出される電子の個数は入射光の強度に比例する。; (3) 光の照射と電子の放出の間には時間的な遅れがない。; Compton 効果; Einstein の光量子(光子)仮説; 振動数νの光はエネルギー hν をもった粒子であるという仮説。; de Broglie の仮説 --- 電子の波動性; 運動量 p の電子は波長 λ = h/p の波動の性質をもつ。; λをde Broglie 波長と呼ぶ。; 電子ビームが雲母の結晶で干渉されることが発見され，電子が波動性をもつことが確認された。; 一般に素粒子は波動性と粒子性の二重性をもつ。; 教科書 p.194～197 参照; Compton 効果 (TeX document)

演習問題

1. 光の性質について次の問に答えなさい。: (1) 光の波動性を示す性質を上げなさい。; (2) 光の粒子性を示す性質を上げなさい。
2. 電子の性質について次の問に答えなさい。: (1) 電子の波動性を示す性質を上げなさい。; (2) 電子の粒子性を示す性質を上げなさい。
この問題を通して勉強すること: 古典物理学の範疇では相矛盾する波動と粒子という性質が素粒子においては一つの実体の中に共存している事実を理解する。
解答はこちらにあります。

課題

1. 原子内の電子を de Broglie 波長λの波動と考えて水素原子の基底エネルギーを概算してみよう。
2. Compton 効果について調べてみよう。
SYLLABUS 目次

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