量子力学基础.ppt

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1、量子力学基础从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出第十八章量子力学基础18-1从经典物理到现代物理概述提纲物理学的分支及近年来发展的总趋势18-2热辐射普朗克能量子假说热辐射斯忒藩Stefan)-玻耳兹曼定律维恩位移定律绝对黑体的热辐射规律经典物理遇到的困难普朗克能量子假说18-3光电效应康普顿效应光电效应的实验规律及经典理论的困难爱因斯坦的光子学说光子的能量、动量和质量作业:18-3,18-7,18-1418-1从经典物理到现代物理概述物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学经典物理现代物理力学热学电磁学光学相对论量子论非线性时间t关键概念的发展力

2、学电磁学热学相对论量子论1600170018001900近年来的发展：*粒子物理高能加速器产生新粒子，已发现300种。麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法。*天体物理运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球进行观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科。应用经典、量子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理。**太阳中微子短缺问题**引力波存在的问题**物体的速度能否超过光速的问题*生物物理有机体遗传程序的研究**有机体遗传程序的研究（须运用量子力学、统计物理、X射线、电子能谱和核磁共振技术等）。**非平衡热力学及统计物理物理学发展的总趋向：*学科之间的大综合。*相互渗透结合成边缘学科。生物物

3、理、生物化学、物理化学、量子化学量子电子学、量子统计力学、固体量子论。二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出光电效应康普顿效应。黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”。原子的稳定性和大小。18-2热辐射普朗克能量子假说实验表明：一切物体是以电磁波的形式向外辐射能量。辐射的能量与温度有关，称之为热辐射。辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。单色辐出度单位时间、单位表面积、上所辐射出的，单位波长间隔中的能量。辐射出射度单位时间、单位表面积、上所辐射出的各种波长电磁波的能量。吸收比反射比绝对黑体的热辐射规律对于任意温度、

4、或波长，绝对黑体的吸收比都恒为1用不透明材料制成一空心容器，壁上开一小孔，可看成绝对黑体对于非透明物体基尔霍夫定律：这一普适函数就是绝对黑体的单色辐出度M0(,T)绝对黑体的辐射出射度在热平衡下，任何物体的单色辐出度与吸收比之比，是个普适函数。斯忒藩(Stefan)-玻耳兹曼定律维恩位移定律实验发现：当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值m向短波方向移动。1700k1500k1300k经典物理遇到的困难瑞利和琼斯用能量均分定理电磁理论得出：只适于长波，有所谓的“紫外灾难”。实验瑞利-琼斯维恩理论值T=1646k维恩根据经典热力学得出：普朗克能量子假说*辐射物体中包含

5、大量谐振子的能量是取特定的分立值*存在着能量的最小单元（能量子=h);h=6.62610-34焦耳。*振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量从理论上推出：分别是玻尔兹曼常数和光速。普朗克假说不仅圆满地解释了绝对黑体的辐射问题，还解释了固体的比热问题等等。它成为现代理论的重要组成部分。实验瑞利-琼斯维恩理论值T=1646k瑞利-琼斯普朗克理论值普朗克能量子假说普朗克的理论结果18-3光电效应康普顿效应光电效应的实验规律及经典理论的困难UG饱和光电流强度与入射光强度成正比。或者说：单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强成正比U0312UIIS0相同频率，不同入射光强度但

6、实际不一定!U03U02U01312UIIS0相同入射光强度，不同频率光电子的初动能与入射光强度无关，而与入射光的频率有关。截止电压的大小反映光电子初动能的大小截止电压与入射光频率有线性关系红限频率光电效应具有瞬时性，或说响应速度很快，10-9秒。第三个实验事实：*经典认为光强越大，饱和电流应该大，光电子的初动能也该大。但实验上饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。经典理论的困难：*只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率低于红限时，无论光强再大也没有光电流。而经典认为有无光电效应不应与频率有关。*瞬时性。经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需

7、能量的积累过程。爱因斯坦的光子学说爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论：认为光不仅在与物质相互作用时（发射和吸收），具有粒子性，而且在传播过程中也有粒子性。一个频率为的光子具有能量它的能流密度：不仅取决于单位面积上的光子数n，还决定于频率。由能量守恒可得出：一个电子逸出金属表面后的最大动能：只与金属性质有关与光的频率无关。A称为逸出功。由此，可解释饱和光电流强度与光强成正比；可以解释截止电压