北京化工大学 普通物理学4-1波粒二象性ppt课件.ppt

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1、量子物理QuantumPhysics量子物理基础基本要求：1.理解光电效应和康普顿效应的实验规律以及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释，理解光的波粒二象性。。2.理解德布罗意的物质波假设及其正确性的实验证实。了解实物粒子的波粒二象性。3.理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。了解能量、角动量及空间量子化4.了解波函数及其统计解释。了解不确定关系。了解一维定态薛定谔方程。理解描述。原子中电子运动状态的四个量子数。2第1章波粒二象性第2章薛定谔方程第3章原子中的电子第4章固体中的电子第5章核物理和粒子物理简

2、介目录量子力学是研究原子、分子和凝聚态物质的结构和性质的理论基础，在化学、生物、信息、激光、能源和新材料等方面的科学研究和技术开发中，发挥越来越重要的作用。1900年，普朗克（M.Pulanck）提出能量子，即能量量子化的概念，这对经典物理理论是一个极大的冲击，因为能量的连续性在经典物理中是“天经地义”的事情。在物理学上，能量子概念的提出具有划时代的意义，它标志了量子力学的诞生。1905年，为解释光电效应，爱因斯坦提出光量子（光子）的概念，指出光具有波粒二象性。1923年，德布罗意（P.L.deBroglie）提出

3、实物粒子也具有波动性的假设。波粒二象性的假设，为物质世界建立了一个统一的模型。物质具有波粒二象性是建立量子力学的一个基本出发点。1927年，戴维孙（C.J.Davisson）和革末（L.H.Germer）通过镍单晶体表面对电子束的散射，观测到和X光衍射类似的电子衍射现象；同年，G.P.汤姆孙（G.P.Thomson）用电子束通过多晶薄膜，证实了电子的波动性。1925年，海森伯(W.Heisenberg)放弃电子轨道等经典概念，用实验上可观测到的光谱线的频率和强度描述原子过程，奠定了量子力学的一种形式—矩阵力学的基础

4、。1926年，薛定谔(E.Schrodinger)提出了非相对论粒子（能量远小于静能）的运动方程—薛定谔方程，由此方程出发的量子力学称为波动力学。同年，狄拉克（P.A.M.Dirac）提出了电子的相对论性运动方程—狄拉克方程，把狭义相对论引入薛定谔方程，统一了量子论和相对论，为研究粒子物理的量子场论奠定了基础。量子物理的理论基础独立于经典力学，同我们的日常感受格格不入。对于生活在宏观世界又比较熟悉经典力学的人们来说，学习量子物理确有一定难度。初学者往往试图用经典的概念去理解量子物理，这将使学习陷入困境。首先介绍揭示

5、波粒二象性的实验规律，它们不但是建立量子力学的实验基础，而且在现代科学技术中也有广泛的应用。然后简要介绍量子力学中的一些最基本的概念和规律。§1.1黑体辐射§1.2光电效应§1.3光子、光的二象性§1.4康普顿效应§1.5实物粒子的波动性§1.6概率波与概率幅§1.7不确定关系第1章波粒二象性Wave-particleduality§1.1黑体辐射一黑体黑体辐射（1）热辐射实验证明不同温度下物体能发出不同的电磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射.（2）单色辐射出射度单位时间内从物体单位表面积发

6、出的频率在附近单位频率区间（或波长在附近单位波长区间）的电磁波的能量.单色辐射出射度单位：单色辐射出射度单位：（3）辐射出射度（辐出度）单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.024681012钨丝和太阳的单色辐出度曲线21210468太阳可见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）钨丝11实验表明辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强.（4）黑体的物体，维恩设计的黑体：能完全吸收各种波长电磁波而无反射不透明介质空腔开一小孔，电磁波射入小孔后，很难再从小孔中射出。小孔表面是黑体。黑体是

7、理想化模型，即使是煤黑，对太阳光的吸收率也小于99%。12测量黑体辐射谱的实验装置黑体热电偶测M(T)光栅光谱仪T对黑体加热，放出热辐射。用光栅分光把辐射按频段分开。用热电偶测各频段辐射强度，得。测量黑体辐射出射度实验装置黑体辐射和热辐射实验曲线：不同温度下的黑体辐曲线M10-8W/(m2Hz)/1014Hz钨丝和太阳的热辐射曲线可见光区钨丝M/(10-8W/(m2Hz)太阳M/10-9W/(m2Hz)/1014Hz太阳(黑体)5800K钨丝2750K面积为M(T)M(10-8W/

8、(m2Hz))/1014Hz1、维恩位移定律m=CTC=5.880×1010Hz/K或1893年由理论推导而得，在温度为T的黑体辐射中，光谱辐射出射度最大的光的频率有下式决定：m黑体辐射的实验定律：Wiendisplacementlaw测m=510nm，得T表面=5700K设太阳为黑体，2、斯特藩（Stefan）—玻耳兹曼定律——斯特藩—玻耳兹