量子习题-2012.ppt

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1、量子力学发展史19世纪末，经典物理学（牛顿力学，热力学及统计物理学，电动力学）的发展实际困难：以太，物体比热，氢原子光谱，黑体辐射，光电效应等1900，普朗克能量子理论；1905，爱因斯坦光量子理论；1913，玻尔应用量子化概念解释了氢原子光谱；1922，康普顿效应1924，德布罗意的物质波概念；1925，海森伯矩阵力学；1926年，薛定谔波动力学；1928，狄拉克相对论量子力学。12早期量子论一.黑体辐射黑体辐射基本规律：(2).斯特藩--玻耳兹曼定律：(3).维恩位移定律：(1).普朗克公式：3二.光电效应1.光电效应的实

2、验规律(1887,赫兹)a.存在饱和电流;b.存在截止电压;c.存在截止频率;d.具有瞬时性。2.爱因斯坦的光子理论(1905年)a.光量子假设:b.光电效应方程：4三.康普顿散射（1920）散射规律：康普顿波长：吴有训，字正之，1897年4月26日出生于江西省高安县。物理学家、教育家，我国近代物理学奠基人之一。以系统、精湛的实验为康普顿效应的确立做出了重要贡献。是我国科学事业的杰出领导人和组织者，对我国科学事业特别是新学科的建立和发展起了积极的推动作用。康普顿(ArthurCompton,1892~1962)，美国著名物理学

3、家，因对康普顿效应的研究而被授予1927年诺贝尔物理奖。波长变长的散射光波长增加量Δλ只和散射角φ有关，与散射物质无关，且满足下式：5康普顿效应和光电效应之比较1.康普顿效应是光子和静止自由电子发生完全弹性碰撞，2.康普顿效应所用X射线或γ射线，光子能量较大，要考虑相对论效应。电子动能光电效应中采用可见光或紫外光，光子能量较小，为非相对论效应。3.康普顿效应中散射光中最大波长改变量为电子动能可见光范围内，Δλ/λ太小，微不足道，康普顿效应只对波长小的X射线或γ射线表现明显。光电效应则可出现在可见光范围。而光电效应则是光子被受一

4、定束缚作用的电子吸收，相当于发生完全非弹性碰撞。6四.德布罗意物质波假设导师郎之万的评语是：“这个博士生的想法近似荒诞，但是其中物理思想展现的很是完美动人。”DeBroglie(1892~1987)，法国公爵、德国亲王，世界著名物理学家，1929年诺贝尔物理奖得主。1924年德布罗意直接地把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性,有与其动量相联系的一个波长，及与其能量相联系的一个频率。7郎之万把论文交给爱因斯坦点评。爱因斯坦给洛仑兹的信的内容，直到爱因斯坦去世后德布罗意才看到，这使他无法不怀念这位“伟大的导师”

5、。出乎人们意料，爱因斯坦予以了高度评价，称德布罗意“揭开了巨大帷幕的一角”。他写信告诉洛仑兹：“我相信这是照亮我们最难解开的物理学之迷的第一缕微弱的光。”尊敬的爱因斯坦阁下：在我这里有一位研究生，已经攻读了五年的博士学位，如今即将毕业，在他提交的毕业论文中有一些新的想法请对他的论文作出您的评价。另外顺便向您提及，该研究生的父亲是弊国的一位公爵，内阁部长，若您，将来您来法国定会受到隆重的接待。朗之万8戴维逊-革末实验，汤姆逊电子衍射实验德布罗意物质波的实验验证：G.P.Thomson(1892~1975)

6、，英国物理学家，1937年诺贝尔物理奖得主。C.J.Davisson(1881~1958)，美国物理学家，1937年诺贝尔物理奖得主。9五.概率波与概率幅德布罗意波是概率波，它描述粒子在各处被发现的概率。用波函数描述微观粒子的状态。为概率幅，为概率密度。波函数即概率幅具有叠加性。波函数的性质：有限单值连续归一化条件10海森堡(WernerHeisenberg,1901~1976)，德国大物理学家，1925年创立量子力学的矩阵力学，1927年提出不确定关系原理(UncertaintyRelationPrinciple)，1932

7、年获诺贝尔物理奖。六.海森堡不确定关系(UncertaintyRelation)物理意义：（1）经典描述不适合微观粒子；（2）微观粒子不能静止；（3）给出了经典物理和微观物理的区别11Energic!Creative!Diligent!Virtuous!12例1：有一空腔辐射体，在壁上钻有直径为50m的小圆孔，腔内温度为7500K。试求500nm到501nm的范围内从小孔辐射出来的光子数。解：设从小孔面上逃出的波长在500nm到501nm范围内的光子数为n，则：其中：13太阳辐射到地球大气层外表面单位面积的辐射通量I0称为太

8、阳常量，实验测得其值为I0=1.35kW/m2。试把太阳近似当作黑体，由太阳常量估计太阳表面温度。解：太阳单位时间辐射能量为太阳半径为故太阳表面温度为太阳与地球之间的平均距离为Rr地球14当高炉的温度保持在2500K时，计算观察窗发出的辐射的λm。这个波长是否在可见光范围？如