[专题]物理学本科毕业论文

[专 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ]物理学本科毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 物理学本科毕业论文 物理学 泡利不相容原理(一)关于泡利不相容两个原理泡利不相容原理之一 电子在原子核外运动状态是相当复杂的。一个电子的运动状态取决于它所处的电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况。科学实验还告诉我们，在一个原子里不可能存在着电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况完全相同的两个电子。这个原理叫泡利不相容原理。泡利不相容原理之二 泡利原理是多电子原子核外电子排布应遵守的基本原理，也称为泡利不相容原理。它是 1925 年奥地利 W(泡利根据光谱实验的结果， 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出的一条原理:在同一个原子中不能容纳运动状态完全相同的电子，即，不能容纳 4 个量子数完全一样的电子。例如，氦原子中的 2个电子主量子数 n、角量子数 l、磁量子数 m 都相同n1，l0，m0，但自旋量子数 ms 必须不同，一个是1/2，另一个是-1/2。由泡利原理可得到下列两个推论:1每个原子轨道中最多容纳两个自旋方向相反的电子。2每个电子层所能容纳的电子总数是其主量子数 n 的 2n2 个。 2(二)泡利不相容原理(Pauli’s exclusion principle)泡利不相容原理: 指在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子。又称泡利原理、不相容原理。一个原子中不可能有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子。如氢原子的两个电子，都在第一 ，电子云形状是球形对称、只有一种完全相同伸展的方向，层(K 层)自旋方向必然相反。每一轨道中只能容纳自旋相反的两个电子，每个电子层中可能容纳轨道数是 n2 个、每层最多容纳电子数是 2n2。 核外电子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。 能量最低原理在核外电子的排布中，通常状况下电子也总是尽先占有能量较低的原子轨道，只有当能量较低些原子轨道占满后，电子才依次进入能量较高的原子轨道，这个规律称能量最低原理。 由于不同电子层具有不同的能量，而每个电子层中不同亚层的能量也不同。为了 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示原子中各电子层和亚层电子能量的差异，把原子中不同电子层亚层的电子按能量高低排成顺序，像台阶一样，称能级。例如，1s 能级，2s 能级，2p 能级等等。在一个原子中，离核越近、n 越小的电子层能量越低。在同一电子层中，各亚层的能量是按 s、p、p、f 的次序 增高的。因此，2s 能级高于 1s 能级，2p 能级高于 2s 能级等等。可是对于那些核外电子较多的元素的原子来说(情况比较复杂。多电子原子的各个电子之间存在着斥力，在研究某个外层电子的运动状态时，必须同时考虑到核对它的吸引力及其它电子对它的排斥 3力。由于其它电子的存在。往往减弱了原子核对外层电子的吸引力，从而使多电子原子的电子所处的能级产生了交错现象。 洪特规则是在等价轨道相同电子层、电子亚层上的各个轨道上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同(后来量子力学证明，电子这样排布可使能量最低，所以洪特规则可以包括在能量最低原理中，作为能量最低原理的一个补充。 上面讲的三个原理，是从大量事实中概括出来的，它们能帮助我们了解元素的原子核外电子排布的规律，但不能用它们来解释有关电子排布的所有问题。各种原理或规则、规律往往有一定的适应范围，因此，当理论和实验出现差异时，要尊重实验事实，如实反映客观事物的本来面目，这才是科学的态度。 不相容原理是量子理论中的重要原理，是 1925 年 1 月由泡利提出的。这一原理可以表述为:对于完全确定的量子态来说，每一量子态中不可能存在多于一个的粒子。泡利后来用量子力学理论处理了h/4π自旋问题，引入了二分量波函数的概念和所谓的泡利自旋矩阵。通过泡利等人对量子场的研究，人们认识到只有自旋为半整数的粒子(即费米子)才受不相容原理的限制，从而确立了自旋统计关系。 自旋为半整数的粒子(费米子)遵从泡利原理。它又可表述为全同费米子体系中不可能有两个或两个以上的粒子同时处于相同的单粒子态。1925 年 W.E.泡利为说明化学元素周期律提出来的。原子中电子的状态由主量子数 n、角量子数 l、磁量子数 ml 以及自旋磁量子数 ms 所描述，因此泡利原理还可表述为原子内不可能有两个或两个 4以上的电子具有完全相同的 4 个量子数 n、l 、ml 、ms 。根据泡利原理可很好地说明化学元素的周期律。泡利原理是全同费米子遵从的一条重要原则，在所有含有电子的系统中，在分子的化学价键理论中、在固态金属、半导体和绝缘体的理论中都起着重要作用。后来知道泡利原理也适用于其他如质子、中子等费米子。泡利原理是认识许多自然现象的基础。 1945 年诺贝尔物理学奖授予美国新泽西州普林斯顿大学的 奥地利物理学家泡利，以表彰他发现了所谓泡利原理的不相容原理。 关于不相容原理的发现，泡利在他的诺贝尔奖演说中讲到，不相容原理发现的历史可以追溯到他在慕尼黑的学生时代。在维也纳读中学时，他就掌握了经典物理学和相对论的知识。在慕尼黑大学经索末菲引导接触到从经典的思想方法看来有些离奇的原子结构理论。他和所有习惯于经典思想方法的物理学家一样，当第一次接触到玻尔的量子理论的基本假设时不免受到冲击。他一方面接受了玻尔的原子理论;一方面了解索末菲企图用光谱定律的解释来克服使用动力学模型所遇到的困难。泡利对这两种理论都不满意。 反常塞曼效应的解释问题，使物理学家倍感苦恼，泡利也不例外。据说当时有一位友人看见泡利在哥本哈根的大街上闲逛，就问他为什 “当一个人正在想到反常塞曼效应时，他怎么不高兴。泡利回答说: ”么高兴得起来啊～。按照玻尔的想法，当分析原子的结构时，应该首先从内层开始。可以设想有一个带正电荷 Ze 的原子核，在其周围是若干电子，这些电子一个接着一个被原子核俘获，直到它俘获了 Z 个 5电子而形成中性原子时为止。最先被俘获的电子占据能量最低的量子 。泡利不满意的原因在于他认轨道，这就是玻尔所谓的“组建原则”为原子光谱的根源在于价电子的运动，不应该从原子实的结构去找。 泡利仔细研究了碱金属光谱的双重结构，引入了“经典不能描述的双重值”概念，在这基础上概括成一个重要结论，即原子中不能有两个电子具有相同的四个量子数。这就是最初泡利提出的不相容原理。 1925 年以前，描述电子一般只用三个量子数。泡利的“双重值”实际上就等于要求电子要有第四个量子数。当时，并不知道这第四个量子数就是自旋。 泡利为创立量子力学作出过许多重要贡献，他虽然失去了直接提出量子力学基本形式的机遇，但他发表了许多有独创性的论文，而且还提出过许多很有创见的批评和见解。他的看法对于海森伯等人创建量子力学起着极其重要的作用。他的许多关于量子力学的综述性文章 ”是量子力学方中，最著名的一篇“波动力学的普遍原理(1933 年)面的重要文献。关于泡利原理的解释:1、电子的自旋 电子不仅在核外空间不停地运动，而且还作自旋运动。电子自旋有两种状态，相当于顺时针和逆时针两种方向。平常用向上箭头?和向下箭头?来 表示不同的自旋状态。 6 实验证明，电子自旋方向相同的两个电子相互排斥，不能在同一个原子轨道内运动。而电子自旋方向相反的两个电子相互吸引，能在同一个原子轨道内运动。这是因为电子自旋时能产生磁场，而自旋方向相反的两个电子所产生的磁场，方向正好相反，因而可以互相吸引，共处于一个原子轨道中。反之，自旋方向相同的两个电子所产生的磁场，方向相同，同性相斥，因此不能在同一个原子轨道中运动。 因此，电子在原子核外的运动状态是相当复杂的，必须由它所处的电子层、电子亚层、电子云的空间伸展方向和自旋状态四个方面来决定。前三个方面跟电子在核外空间的位置有关，体现了电子在核外空间的运动状态，确定了电子的轨道。因此当要说明一个电子运动状态时，必须同时指明它处于什么轨道和哪一种自旋状态。2、 假如将任何两个粒子对调后波函数的值的符号改变的话，那么这个波函数就是完全反对称的。这说明两个费米子在同一个系统中永远无法占据同一量子态。由于所有的量子粒子是不可区分的，假如两个费米子的量子态完全相同的话，那么在将它们对换后不应该波函数的值不应该改变。这个悖论的唯一解是该波函数的值为零: 比如在上面的例子中假如两个粒子的位置波函数一致的话，那么它们的自旋波函数必须是反对称的，也就是说它们的自旋必须是相反的。 该原理说明，两个电子或者两个任何其他种类的费米子，都不可能占据完全相同的量子态。也就是泡利不相容原理泡利原理应用范围 7 泡利不相容原理对所有费米子(其自旋数为半数的粒子)有效。费米子遵循费米-狄拉克统计。 自旋为整数的粒子被称为玻色子。玻子遵守玻色-爱因斯坦统计，泡利不相容原理对它们无效。玻子可以占据相同的量子态。泡利不相容原理的由来: 这是由奥地利物理学家泡利(1900,1958)而得名。1924 年， :原子中不能有 2 个电子处于同一量泡利发表了他的“不相容原理”子态上。这一原理使得当时所知的许多有关原子结构的知识变得有条有理。这就是 ， “泡利原理” 即泡利不相容原理。泡利本人获得了 1945年度的诺贝尔物理学奖。 (三)泡利另一历史性贡献是提出了中微子概念。 为了解释β衰变中放出的电子能量之所以有连续谱，他在 1930年作出过一个大胆的假设，认为原子核在β衰变中不仅放出电子，而且还放出一 种质量非常小，穿透力却非常大的中性粒子。他当时把它叫做“中子”;1932 年，费米把它改称为中微子。泡利这一假说解决了β衰变中角动量和能量不守恒的困难，但当时并不能得到实验证实。1933 年，费米根据这种假说提出了β衰变理论。随着基本粒子物理学的进展，中微子假说在弱相互作用中的重要性日益显著。后来中微子在实验中得到确证。 20 年代末期，泡利把主要精力用于粒子物理学和量子场论的研 8究方面。他和海森伯一起在 1929 年发表了关于场的正则量子化方法的论文，被认为起了开辟道路的作用。 泡利特别重视物理规律的对称性和不变性。早在β衰变中宇称不守恒被确认的前一年，泡利就在施温格和吕德斯等人工作的基础上指出了自然规律的洛伦兹协变性必然导致 CPT 不变性的成立。 此外泡利还在量子场论、固体物理等方面做了很多重要的工作， 他关于量子力学的哲学见解，在学术界有很深远的影响。(三)沃尔夫冈泡利(Wolfgang Pauli)简介 沃尔夫冈泡利(Wolfgang Pauli，1990-1958)，奥地利物理学家。他是 20 世纪最重要的物理学家之一和诺贝尔物理学奖获得者。 生平 泡利 1900 年出生于奥地利的维也纳，全名是沃尔夫冈恩斯特泡利，其中恩斯特是他的教父恩斯特马赫的名字。他在维也纳上中学，与他同班的还有 1938 年获得诺贝尔化学奖的里夏德库恩，1918 年泡利以成绩优秀毕业。仅两个月后泡利就发表了他的第一份科学论文，这篇论文是关于阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论的。他进入慕尼黑大学，阿诺索末菲是他的博士导师。1921 年 7 月泡利就电离的氢分子的量力理论获得哲学博士学位。 1918 年中学毕业后就成为慕尼黑大学索末菲教授的研究生。他的物理老师——著名的索末菲教授请他为德国正准备出版的百科全 9书写一篇关于相对论的文章，泡利居然完成了一部 250 页的专题论著，使教授大为惊讶。1921 年，泡利获慕尼黑大学博士学位。后来， “任何一个人看到这样成熟和富于想爱因斯坦看过泡利的论著后说:象力的著作，都不能相信作者只是个 21 岁的学生。”泡利在学生时代就已展露了他的不同凡响的科学才华，引起了一些著名物理学家的注意。 1925 年春，从汉堡大学传出一个令世界物理学界瞩目的消息:一个新的物理学原理——不相容原理诞生了。它的提出者正是当时在这个大学任教的、尚名不见 经传的年轻学者——25 岁的泡利。泡利的不相容原理可以这样表述:一个原子中，任何两个轨道电子的 4 个量子数不能完全相同。不相容原理并没有立刻呈现出它的价值，可是泡利的才华却因此而得到社会的承认。1928 年，他被任命为苏黎世联邦工学院教授;1935 年，他应邀前往美国讲学。1940 年在美国普林斯顿高级研究所工作。此间，他还以科学的预见预言了中微子的存在，获得普朗克奖章。直到泡利提出不相容理论 20 年后的 1945 年，这个理论的正确性和它产生的广泛深远的影响才得以确认。不相容原理被称为量子力学的主要支柱之一，是自然界的基本定律，它使得当时所知的许多有关原子结构的知识变得条理化。人们可以利用泡利引入的第四个、表示电子自旋的量子数，把各种元素的电子按壳层和支壳层排列起来，并根据元素性质主要取决于最外层的电子数(价电子数)这一理论，对门捷列夫元素周期律给以科学的解释。 泡利于 1946 年加入美国国籍，是美国科学发展协会的创始人之 10一。 泡利的主要成就是在量子力学、量子场论和基本粒子理论方面，特别是泡利不相容原理的建 立和β衰变中的中微子假说等，对理论物理学的发展做出了重要 ，贡献。1945 年，泡利因他在 1925 年即 25 岁时的“发现不相容原理”获诺贝尔物理学奖。他把一生投入了科学研究，34 岁才结婚。1958年，不幸病逝，终年 58 岁。 科学成就 泡利在物理学上，尤其在量子力学方面，做出了许多非常重要的贡献，但是泡利很少发表论文，一般他与同行(比如他与之交往非常厚的尼尔斯玻尔和沃纳海森堡)交换非常长的信。许多他的主意从未被发表过，而只是在他的书信中出现。他的收信人往往将他的信拷贝后给其他同行们看。泡利显然也不关心许多他的发现因此后来没有归功于他。以下是他做出的，的确归功于他的最重要的结果: 1924 年为了解决观测到的分子光谱与正在发展的量子力学之间的矛盾泡利提出了一个新的自由度。他还提出了泡利不相容原理，这可能是他最重要的成果了。这个原理说任何两个电子无法占据同一量子状态。自旋的主意是泡利与拉尔夫克罗尼格一起提出了。一年后乔治尤金乌伦贝克和塞缪尔高德斯密特证实电子自旋就是泡利所提出的新的自由度。 1926 年海森堡发表了量子力学的矩阵理论后不久泡利就使用这 11个理论推导出了氢原子的光谱。 这个结果对于验证海森堡理论的可信度非常重要。 1927 年他引入了泡利矩阵作为自旋操作符号的基础，由此解决了非相对论自旋的理论。泡利的结果引发了保罗狄拉克发现描述相对论电子的狄拉克方程式。 1930 年在一封给莉泽迈特纳的信中泡利提出了一个到此为止电中性的、 1934 年恩里科 无质量的粒子来解释β衰变的连续光谱。 费米将这个粒子加入他的衰变理论并称之为中微子。1959 年中微子被实验证实。 1940 年泡利证明带半数自旋的粒子是费米子，带整数的自旋的粒子是玻色子。 人品和声誉 在物理上泡利是一个完美主义者，这不光涉及他自己的工作，也涉及到他人的工作。因此他获得了“物理理智”的称号，他的同行非常尊重他的批评。对他觉得不完善的理论他最著名的评价是“完全错误”(德语:Ganz falsch)。不过有一次他对这样的一篇论文的评价 ，成为了一句物理学家中是“这篇文章不光不正确，它甚至不错误”的内行笑话。另一个关于泡利的笑话是泡利死后受到上帝的接见。他问上帝，为什么精细结构常数的值是 1/137.036...。上帝点点头，开始快速地在黑板上写 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 。泡利看着他，非常满意地点头，但是很快他就开始摇头了„„ 12 另一个故事说有一次海森堡给泡利写信报道他的新理论，泡利的 “我的画画得同提香一样回信上只有一个方块，下面写着一行小字: ”好，只是缺乏细节。 假如泡利在附近的话，试验往往就会不成功，有时甚至试验装置会被破坏，这个现象被称为“泡利现象”。泡利本人对此不以为然，经常以之取笑。 据说还在泡利上中学的时候有一次物理教授在黑板上推导犯了 “泡利，你一个错误，但是他找来找去找不到这个错误。最后他说: ”肯定早就找到这个错了，你说吧错在哪里。 泡利-荣格-对话 直到约 1990 年为止泡利与容格之间的书信对话未受到注意。但后来这些书信被仔细研究。这些书信从 1932 年开始，一直到 1958 年。这些讨论的中心内容是人内部的心理与外部物质世界之间的联系。 专业:07 物理学 学号:271001117 姓名:宗云秀 13