波粒二象性-PPT课件.ppt

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1、第5篇量子物理1900年，德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时，提出了“能量子”的概念。量子的意思是不能再分解的最小单元，普朗克为量子理论的建立奠定了基础。1905年德国物理学家爱因斯坦在分析光电效应实验规律时，提出光的能量子单元，进一步发展了普朗克能量量子化的思想，爱因斯坦为量子理论的发展打开了局面。1915年美国物理学家康普顿针对晶体x射线散射的实验事实提出：光子不仅具有能量，而且有动量。利用这个假定，康普顿成功地解释了光子--电子散射的实验结果。经过爱因斯坦、波尔、德布罗意、波恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等人的努力，到2

2、0实际30年代形成量子力学理论。量子力学是关于微观世界的理论，是一门奇妙的理论，它与相对论一起构成现代物理学的理论基础，它的许多基本概念、规律、方法与经典物理截然不同。吴有训第26章波粒二象性在经典物理学中，粒子和波是描述截然不同的物理对象的两个概念。粒子是指质量和能量局限于有限空间区域并作整体运动的微观个体；波则是指分布在空间各处、互相影响并随时间和空间位置周期变化的某一物理量的传播过程。26.1黑体辐射给铁块加热，随温度的升高，不发光→暗红→赤红→橙色→黄白。加热其它物体也是如此。这说明在不同的温度下物体能发出频率不同

3、的电磁波。不同温度下，物体发出的电磁波的能量按频率有不同的分布，表现出不同的颜色。不仅太阳和火焰等高温物体能够产生强烈的热辐射，人的身体、甚至寒冷刺骨的冰块也在不断地向外辐射出不可见的电磁波。在任何温度下，所有物体都能辐射电磁波—热辐射。为了定量研究热辐射规律，引入光谱辐射出射度→Mν：单位时间内、从物体单位表面积上发出的频率在ν附近单位频率区间内的电磁波能量。单位:W/(m2﹒Hz)钨丝和太阳的辐出度与频率关系物体在辐射电磁波的同时，还吸收照射在它表面的电磁波。如果同一时间内，从物体表面辐射出去的能量等于从外界吸收的电磁

4、波能量，物体温度不变--热平衡。在温度为T时，物体表面吸收的频率在ν到ν+dν区间的辐射能量占全部入射的该区间的辐射能量的份额，称为光谱吸收比，以α(ν)表示。实验表明，辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强。理论证明，各种材料的Mν和α(ν)可以有很大的差别，但在同一温度下，比值(Mν/α(ν))与材料无关，是一个确定的量。能完全吸收照射在它表面上的各种频率电磁波的物体称为黑体，它的光谱吸收比α(ν)=1，它的辐出度是各种材料中最大的，而且只与频率和温度有关。因此研究黑体辐射的规律具有更基本的意义。19世纪末，在德国钢铁工

5、业大发展的背景下，许多德国科学家关注黑体辐射的研究。1896年，维恩从经典热力学理论和麦克斯韦分布出发，导出维恩公式：1990年，瑞利发表了由根据经典电磁学和能量均分定理导出的公式，后由金斯修正，故称瑞利--金斯公式：维恩公式在高频段与实验符合，低频段不行。瑞利--金斯公式高频段不行--“紫外灾难”！普朗克(MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858―1947)德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人。普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，1900年12月14日他在德国物理学会上，宣读了《关于正常光谱中能量

6、分布定律的理论》的论文，提出了能量量子化假设，并导出了黑体辐射的能量分布公式。这是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。劳厄称这一天为“量子论的诞生日”。1918年普朗因创立了量子理论而获诺贝尔奖。1900年，德国理论物理学家普朗克密切地关注着当时的实验进展，在维恩公式和瑞利—金斯公式的启发下，开始试图将代表短波方向的维恩公式和代表长波方向的瑞利--金斯公式的实验结果综合在一起。根据实验数据并利用内插法，他很快拼凑了一个公式：该公式与实验数据符合得很好，而且通过普朗克公式可以导出黑体辐射的两条基本实

7、验规律斯忒藩--玻尔兹曼定律和维恩位移定律。1900年10月19日，普朗克向德国物理学会报告了他所得到的经验公式。普朗克是一个理论物理学家，他并不满足于找到了一个经验公式。实验结果越是证明他的公式与实验相符，就越促使他探求其理论依据。普朗克注意到过去的理论，把黑体中的原子和分子都看成是可以吸收或辐射电磁波的谐振子，且电磁波与谐振子交换能量时可以以任一大小的份额进行。经过两、三个月高度紧张的工作后，1900年底普朗克大胆地放弃了连续性概念，提出了具有决定意义的能量子假设。普朗克能量子假设：辐射黑体是由带电谐振子组成，这些谐振

8、子辐射电磁波并和周围电磁场交换能量，但这些谐振子只能处于某些特殊的状态，它们的能量只能是某一能量最小单位ε(称为能量子)的整数倍。E=nε,n=1,2,3,....ε叫能量子，n为量子数，它只取正整数--能量量子化。对于频率为ν的谐振子，最小能量为：ε=hνh=6.626075×10-34J·s谐振子吸