自然科学概论期末论文

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1、学院：马克思主义学院专业：思想政治教育（2010级）学号：222010301011104姓名：袁琼科目：自然科学概论（期末）量子力学的发展史研究（西南大学马克思主义学院400715）【摘要】：量子理论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的，爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、波恩、狄拉克等人为解读量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作：先后提出电子自旋概念，创立矩阵力学、波动力学，波函数的物理诠释以及提出测不准原理和互补原理等等。终于在1925年到1928年形成了完整的量子力

2、学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成了现代物理学的两大理论支柱。【关键词】：量子论早期建立与发展诠释与完善【正文】：量子论是现代物理学的两大基石之一，给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。一、量子论的早期早在十九世纪末，经典的物理学基础已经被物理学家所建立。当时的力学方面有包含牛顿力学的分析力学，电磁方面有麦克斯韦方程组，热学方面热力学三大定律。物理学家们普遍保持着乐观的感觉，认为对于物理现象已经有

3、了基本甚至是全面的认识。然而在新世纪之初，开尔文爵士在一次“十九世纪的乌云笼罩这热和光的动力学理论”的报告却引起了整个物理理论的变革。1.普朗克的能量子假说1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。普朗克在黑体辐射的维恩公式和瑞利公式之间寻求协调统一，找到了与实际结果符合极好的内插公式，迫使他致力于与理论上推导这一新定律。但是，他经过几个月的紧张努力也没能从力学的普遍理论直接退出新的辐射定律。最后只好用玻尔兹曼的

4、统计方法来试一试。他根据黑体辐射的测量数据计算出普适常数，后来人们称这个常数为普朗克常数，也就是普朗克所谓的“作用量子”，而把能量元称为能量子。2.光电效应的研究普朗克提出的能量子假说具有划时代的意义，但是，不论是他本人还是同时代的人当时对这一点都没有充分的认识。爱因斯坦最早明确的认识到，普朗克的发现标志了物理学的新纪元。1905年，爱因斯坦在其论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》中，发展了普朗克的量子假说，提出了光量子概念，并应用到光的发射和转化上，很好地解释了光电效应等现象。在那篇论文中，爱因斯坦总结了光学发展中微粒说和波动说长期争论的历史，揭示了经典理论的困

5、境，提出只要把光的能量看成不是连续的，而是一份一份地集中在一起，就可以做出合理的解释。与此同时，他还大胆地提出了光电方程，因为当时还没有足够的实验事实来支持他的理论，所以爱因斯坦称之为“试探性观点”。他的光量子理论并没有及时地得到人们的理解和支持，知道1916年，美国物理学家密立根对爱因斯坦的光电方程做出了全面的论证，光量子理论才开始得到人们的承认。1.固体比热的研究1906年，爱因斯坦将普朗克的量子假说应用于固体比热，解释了固体比热的温度特性并且得到定量结果。然而，这一次跟光电效应一样，也未引起物理界的注意。不过，比热问题很快就得到了能斯特的低温实验所证实。量子理论应

6、用于比热问题获得成功，引起了人们的关注，有些物理学家相继投入这方面的研究。在这样的形式下，能斯特积极活动，得到比利时化学工业巨头索尔威的资助，促使有历史意义的第一届索尔威国际物理会议的召开，讨论的主题就是《辐射理论和量子》，这次会议在宣传量子理论上起了很好的作用。2.量子假说应用于原子模型哈斯是奥地利的物理学家，他在研究黑体辐射时很早就注意到了量子论。汤姆生专门讨论原子结构的书《电与物质》和维恩的文章促使他运用量子公式来阐述原子结构，这是将量子假说运用于原子结构的最初尝试。丹麦人玻尔坚信卢瑟福的有核原子模型学说，为了证实其正确性，玻尔利用量子假说来解决原子的稳定性问题。

7、要描述原子现象，就必须对经典概念进行一番彻底的改造，因为一致公认的经典电动力学并不适于描述原子规模的系统行为。1913年，玻尔在他的第二篇论文中以角动量量子化条件作为出发点来处理氢原子的状态问题，得到能量、角频率和轨道半径的量子方程。可见，玻尔的对应原理思想早在1913就有了萌芽，并成功地应用于原子模型理论。玻尔的原子理论完满地解释了氢光谱的巴耳末公式；从他的理论推算，各基本常数如e、m、h和R（里德伯常数）之间取得了定量的协调。他阐明了光谱的发射和吸收，并且成功地解释了元素的周期表，使量子理论取得了重大的进展。一、量子力学的建立与发展量