量子物理基础.ppt

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1、绪言:早期量子论的发展19世纪后期,经典物理学以经典力学、电磁场理论和经典统计力学为主要支柱，达到了完整、系统和成熟的阶段。物理学的状况使得有物理学家宣称，物理学的进一步发展，将只不过是改进其精确度至下一位小数点而已。19世纪末，物理学一系列新发现，表现出与经典物理理论的尖锐矛盾－－经典物理学体系面临一场新的危机！以至于开尔文称物理学晴空中笼罩着二朵乌云：“以太风”、“紫外灾难”。迈克尔逊－莫雷实验的“零结果”。量子物理基础气体比热问题上，能均分定律的失败；黑体辐射规律与经典理论的矛盾等等。1900年，普朗克提出能量子假设。190

2、5年Einstein的光子理论。康普顿效应(1923年)光电效应(1905年)1911年，卢瑟福的原子核式模型（α粒子散射实验）。1913年，玻尔的原子理论。§18－1热辐射普朗克量子假设一、辐射能与热辐射辐射能－－处于任一温度下的物体向周围空间辐射的能量。热辐射－－物体辐射的能量及辐射能按波长的分布均取决于物体的温度，称之为热辐射。热辐射波谱是连续谱，各种波长(频率)都有，但是强度不同。热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关，温度短波长的电磁波的比例。单色辐射本领(辐出度)M单位时间内，从物体表面单位面积上的发射的、波

3、长在－+d范围内的辐射能dM与波长间隔d的比值。二、绝对黑体辐射实验规律单色吸收比a(T),单色反射比r(T)1.绝对黑体－－在任何温度下，对任何波长的辐射能都全部吸收而不反射的物体。如：烟煤、珐琅质。黑体模型：不透明材料制成的小孔空腔。黑体模型白天从远处看建筑物的窗口。金属冶炼炉上的小孔。实例2.基尔霍夫定律1860年，基尔霍夫从理论上提出了关于物体的辐出度与吸收比内在联系的重要定律。在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度3.黑体辐射的实

4、验规律1).黑体辐出度的实验测定：测定黑体的辐出度的实验简图绝对黑体平行光管三棱镜2）黑体热辐射的规律：每一曲线下的面积等于黑体在一定温度下的总辐出度M0（T）。b)维恩位移定律＝5.67×10－8W/(m2·k4)每一曲线上，有一峰值－－峰值波长a)斯特藩－－玻尔兹曼定律b=2.897×10--3m·K3).热辐射规律的应用T,向短波方向移动。测高温、遥感、红外追踪。测太阳及恒星表面的温度：太阳光谱490nm,T=5900k三、普朗克能量子假说1.经典理论的困难:瑞利----金斯公式维恩公式----紫外区的灾难地球表面（30

5、0k),10m,大气吸收极少，故可应用红外遥感技术，通过卫星进行地球资源、地质勘探。维恩线瑞利-金斯线2.Planck—能量子假说Planck在经典物理中，谐振子的能量正比于振幅的二次方和频率的二次方，尤其重要的是对于给定频率的谐振子，其振幅是任意的，这就是说，给定频率的谐振子可以具有任意连续的能量值。1900年,Planck提出:辐射黑体是由带电的谐振子所组成,这些谐振子可以发射和吸收辐射能。这些谐振子与经典振子不同,不具有任意值的能量,而只可能处于某些分立的状态。相应的能量是某一最小能量(成为能量子)的整数倍,这些谐和

6、振子只能以的整倍数吸收或发射能量。即,2,3,……称为能量子。普朗克公式量子假设圆满地解释了黑体辐射的规律，并发展推广为光量子假设，正确解释了光电效应、康普顿效应，逐渐形成近代物理中极为重要的量子理论。对于频率为的谐振子来说，最小能量为这个假设与经典物理能量连续的概念格格不入，却为物理学带来新的概念与活力人们从传统的思想束缚下获得的这一解放。”▲玻尔对普朗克量子论的评价：“在科学史上很难找到其它发现能象普朗克的基本作用量子一样在仅仅一代人的短时间里产生如此非凡的结果…这个发现将人类的观念——不仅是有关经典科学的观念，而且

7、是有关通常思维方式的观念——的基础砸得粉碎，上一代人能取得有关自然知识的如此的神奇进展，应归功于他成了一个以伟大的▲爱因斯坦在1918年4月普朗克六十岁生日庆祝会上的一段讲话：有人爱科学是为了满足智力上的快感；“在科学的殿堂里有各种各样的人：有的人是为了纯粹功利的目的。而普朗克热爱科学是为了得到现象世界那些普遍的基本规律，这是他无穷的毅力和耐心的源泉。……创造性观念造福于世界的人。”§18-2光电效应Einstein的光子理论一、光电效应的实验规律1）饱和电流IH与入射光的强度成正比；IH2IH1-UaI2I1光强I2>I1I2I

8、1i2〕光电子从金属表面逸出时，其最大初动能为：与入射光的强度无关，Ua----遏止电势差。3）光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系。K、U0为正数，一定的金属U0为恒量。4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0Uc(V