chapt.1.绪论(量子力学的诞生)

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1、第一章绪论Birthofquantummechanics0基本内容1.1经典物理学的困难Difficultinclassicalphysics1.2光的波粒二象性Waveparticledualityoflight1.3微粒的波粒二象性Waveparticledualityofparticulate小结Review基本内容1学习提要学习提要1光的波粒二象性的实验事实及其解释；2原子结构的玻尔理论和索末菲的量子化条件及玻尔理论的困难；3德布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设；4德布罗意假设的实验验证：戴维孙-革末实验。从戴维孙-革末的电子衍射实验和电子的单缝、双缝衍射实验认识物质粒子（如电子

2、和分子）在具有粒子性一面外，还具有波动性的一面，即粒子具有波粒二象性。返回2学习要求学习要求1.了解光的波粒二象性的主要实验事实；掌握德布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设。2.掌握德布罗意公式和德布罗意波德布罗意关系：德布罗意波：3十九世纪末叶，物理学理论在当时看来己发展到相当完善的阶段，其各个分支已经建立起系统的理论：在经典物理学的辉煌成就面前，有的科学家认为物理学已大功告成。绝对温标的创始人开尔文在1889年新年贺词中说：“19世纪已将物理大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰、完美这所大厦了”。经典力学从牛顿三大定律发展为分析力学；电磁学与光学发展成为麦克斯韦理论；热力学建立了以热

3、力学定律为基础的宏观理论及玻尔兹曼和吉布斯建立的统计物理学的微观理论。§1.1经典物理学的困难一.经典物理学的成功4下面介绍经典物理学遇到的困难，以及如何解决这些困难并导致量子力学的诞生。二.经典物理学遇到的困难20世纪以后，经典理论在解释一些新的实验结果上遇到了严重的困难：（1）黑体辐射问题；（2）光电效应；（3）原子光谱的线状结构。（4）低温状态下固体的比热§1.1经典物理学的困难(续1)5黑体:物体对于外来的辐射有反射和吸收作用。能吸收射到其上的全部辐射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。黑体辐射问题所研究的是辐射（电磁波）与周围物体处于平衡状态时能量按波长（频率）的分布。1．黑体辐射一个

4、开有小孔的封闭空腔可看作是黑体（如右图）。§1.1经典物理学的困难(续2)6黑体辐射实验事实：§1.1经典物理学的困难(续3)辐射热平衡状态:处于某一温度T下的腔壁，单位面积所发射出的辐射能量和它所吸收的辐射能量相等时，辐射达到热平衡状态。实验曲线热平衡时，空腔辐射的能量密度按辐射波长的分布曲线的形状和位置只与黑体的绝对温度T有关,而与黑体的形状和材料无关。7结论:在短波（高频）部分与实验符合得很好，但长波（低频）部分与实验明显不一致。1896年,维恩根据经典热力学得出：短波吻合好,长波段不一致实验瑞利-琼斯维恩T=1646k（1）维恩（德国物理学家）的解释获得1911年诺贝尔物理学奖§

5、1.1经典物理学的困难(续4)8（2）瑞利—金斯（英国物理学家）的解释结论:在长波（低频）部分与实验符合，但短波部分不符合。1900年,瑞利和琼斯用能量均分定理和电磁理论(驻波法)得出：T=1646k实验瑞利-琼斯维恩§1.1经典物理学的困难(续5)此外存在“紫外光灾难”9光照射到金属上，使金属中的电子逸出的现象，这种现象称为光电效应,逸出的电子称为“光电子”。光电效应的实验规律赫兹：1886—1887勒纳德：1889UGAK实验装置G：测量光电流U：测量AK电压UAKIs2Is1Ua§1.1经典物理学的困难(续6)2．光电效应★.I随着增加而增加直至某一饱和电流与光照强度成正比。★★.

6、截至电压10§1.1经典物理学的困难(续7)实验发现光电效应有两个突出的特点：1.只有当光的频率大于某一定值时，才有光电子发射出来。若光频率小于该值时，则不论光强度多大，照射时间多长，都没有电子产生。光的这一频率称为临界频率。光电效应的这些规律是经典理论无法解释的：按照光的电磁理论，光的能量只决定于光的强度而与频率无关。2.逸出电子的能量只是与光的频率有关，与光强无关，光强只决定电子数目的多少。113.原子光谱与原子结构§1.1经典物理学的困难(续8)氢原子光谱由许多分立谱线组成，这是很早就发现了的。1885年瑞士巴尔末(Balmer)发现紫外光附近的一个线系，并得出氢原子谱线的经验公式,即

7、著名的巴尔末公式：后来又发现了一系列线系，它们可用下面公式表示：其次，光电效应具有瞬时性，其响应速度约10-9秒。经典理论认为光能量分布在波面上，吸收能量需要时间。12人们自然会提出如下三个问题：1.原子线状光谱产生的机制是什么？2.怎样的发光机制才能认为原子的状态可以用包含整数值的量来描写?3.光谱线的频率为什么有这样简单的规律？§1.1经典物理学的困难(续9)莱曼系巴耳末系帕邢系布拉开系普丰德系（1916