24章早期量子论.ppt

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1、1迈克尔逊—莫雷实验量子力学狭义相对论黑体辐射光电效应氢原子光谱康普顿效应经典物理学24早期量子论12量子力学的诞生三个实验（1）黑体辐射（2）光电效应（3）原子光谱三个飞跃（1）普朗克量子假说（2）德布罗意物质波假设（3）薛定谔方程与玻恩概率波解释231905年爱因斯坦光量子假说1910年卢瑟福原子有核模型1913年波尔氢原子光谱规律原子及量子概念1924年德布罗意物质波，波粒二象性1925年海森伯矩阵力学1926年薛定谔波动力学量子力学理论1927年海森伯测不准关系波恩波函数的统计诠释狄拉克相对论量子力学量子力学理论1900

2、年普朗克能量子（早期量子论）422628322434452639A、旧量子论的形成（冲破经典→量子假说）B、量子力学的建立（崭新概念）C、量子力学的进一步发展（应用、发展）31927年第五届索尔威会议爱因斯坦洛仑兹居里夫人普朗克德拜泡利康普顿薛定谔狄拉克埃伦费斯特布喇格玻尔海森伯玻恩朗之万424.1黑体辐射普朗克量子论一.热辐射的基本概念1）辐射出射度(辐出度)---M温度为T时，单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各种频率电磁波能量的总和2)单色辐射出射度（单色辐出度）热辐射：物体发出的各种电磁波的能量按频率的分布随温度

3、而不同的电磁辐射现象。温度为T时，单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的，波长在λ附近，单位波长间隔内的电磁波能量。5式中dM是频率在νν+dν范围内单位时间从物体表面单位面积上辐射的电磁波能量3）单色吸收比（光谱吸收比）ν和单色反射比（光谱反射比）ν物体在温度T，吸收和反射频率ννdν范围内电磁波能量与相应频率入射电磁波能量之比对于不透明物体：ν+ν=11）辐射出射度(辐出度)---M2)单色辐射出射度（单色辐出度）（光谱辐射出射度）单位：W/(m2.Hz)6二.基尔霍夫定侓和黑体2）黑体若一

4、个物体在任何温度下，对于任何波长入射辐射能的吸收比都等于1,则称它为绝对黑体——黑体即,1）基尔霍夫定侓：普适函数7人造绝对黑体模型—封闭空腔的小孔绝对黑体的单色辐出度---研究热辐射的中心问题吸收发射8黑体辐射的实验曲线可见光区0M实验装置黑体准直系统三棱镜测量系统透镜加热器3）黑体辐射的实验研究9三.黑体辐射的基本规律1）斯特藩——玻耳兹曼定律斯特藩常数2）维恩位移定律黑体辐射出的光谱中辐射最强的波长m与黑体温度T之间满足关系维恩常数或10四.经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线1）维恩的半经验公式：公式适合于短波波段，

5、长波波段与实验偏离。公式只适用于长波段,而在紫外区与实验不符,----紫外灾难2）瑞利--金斯公式玻尔兹曼常数k=1.38065810-23J/K11假说:对于一定频率的电磁辐射,物体只能以h为单位发射或吸收它物体发射或吸收电磁辐射只能以“量子”的形式进行,每个能量子能量为:普朗克常数五.普朗克的能量子假说普朗克公式---h是一个普适常数或能量子的最小能量或12讨论：（1）（2）（斯特藩——玻耳兹曼定律）（维恩位移定律）（3）当ν大时（短波段）（维恩的半经验公式）（4）当ν小时（长波段）（瑞利----金斯公式）13斯特藩常

6、数14普朗克的思想是完全背离经典物理，受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗---洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除这一关系式。他写道：我试图将h纳入经典理论的范围，但这样的尝试都失败了，这个量非常顽固，后来他又说：普朗克的能量子假说导致了量子力学的产生，普朗克也成为量子力学的奠基人，于1918年获得诺贝尔奖。1900年12月14日成为量子物理的诞生日在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。但我从这种深入剖析中也获得了极大的好处，我终于确切地知道能量子将在物理中发挥出巨

7、大作用。1900年12月14日普朗克在德国物理学会的例会上以题为“关于正常谱中能量分布定律的理论”条理清晰地推导和论证了他得到的黑体辐射公式。15普朗克的能量子假说标志着量子时代的开始能量子的成功在于:揭示了经典理论处理黑体辐射失败的原因是:使用了辐射能量连续分布的经典概念。能量子假设提出了原子振动能量只能是一系列分立值的能量量子化的新概念。为什么在宏观世界中,观察不到能量分离的现象?量子论是不附属于经典物理的，是全新的理论，适用范围更广。能量子能量经典能量子16设想一质量为m=1g的小小珠子悬挂在一个小小的轻弹簧下面作振幅A=

8、1mm的谐振动。弹簧的小小劲度系数为k=0.1N/m。按量子理论计算，此弹簧振子的能级间隔多大？改变一个能级时,振动能量的相对变化是多少？能级间隔振子现有能量相对能量变化【解】弹簧振子的频率现在能达到的最高的能量分辨率为：所以宏观的能量变化看起来都是连续的。（关