大学物理小论文-浅谈量子力学.docx

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物
理
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文
姓名:沈森
学号:19
指导教师:朱钦圣
论文题目:浅谈量子力学
摘要:量子理论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入能量子概念的基础上发展起来的。爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难,进行了开创性的工作,先后提出了不确定性原理和互补原理。终于在1925年到1928年形成了完整的量子力学理论,与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大支柱。
关键词:黑体辐射、普朗克量子假说、光量子理论、玻尔的原子理论
浅谈量子力学
一、量子力学的初步
19世纪末20世纪初,人们认为经典物理发展很完美的时候,一系列经典理论无法解释的现象一个接一个的发现了。经典力学时期物理学所探讨的主要是用比较直接的实验研究就可以接触到的物理现象的定理和理论。牛顿定理和麦克斯韦电磁理论在宏观和慢速的世界中是很好的自然规律。而对于微观世界的物理现象,经典物理学就显得无能为力,很多现象没发解释。这些困难被看做是“晴朗天空的几朵乌云”,正是这几朵乌云引发了物理界的变革。下面简述这几个困难:
⑴黑体辐射
完全黑体在与热辐射达到平衡时,辐射能量密度随频率变化会有一个曲线。韦恩从热力学普遍理论考虑以及分析实验数据的得出一个半经验公式。但是韦恩公式并不是与所有实验数据吻合的很好。在长波波段,韦恩公式与实验有严重偏离。瑞利和金斯根据经典电动力学和统计物理学也得出黑体辐射能量分布公式。他们得出的公式在长波部分与实验结果比较符合,而在短波部分则完全不符。这促使普朗克在韦恩公式和瑞利-金斯的公式之间寻求协调统一,结果得出一个两参数的普朗克公式,此公式不仅与实验符合的最好,而且形式最简单(韦恩公式除外)。
普朗克提出这个公式后,许多实验物理学家立即用它去分析了当时最精确的实验数据,发现符合的非常好。他们认为,这样简单的一个公式与实验如此符合,绝非偶然,在这公式中一定蕴藏着一个非常重要但尚为被人们揭示出的科学原理。
⑵光电效应
直到电子发现后,人们才认识到光电效应是由于紫外线照射,大量电子从金属表面逸出的现象。经过实验研究,发现光电效应呈现下列几个特点:
①对于任何一种金属都有一个确定的临界频率。照射光频率必须大于临界频率时,才能观测到光电子从电极上逸出。
②光电子的能量与照射光的频率有关,而与光强度无关。光强度只影响到光电流的强度即单位时间从金属电极单位面积上逸出的电子的数目。
③当入射光频率大于临界频率时,不管光多微弱,只要光一照上,几乎立刻观测到光电子。
这些都与经典电磁理论是不相符的,经典的电磁理论是无法解释这些特点的。
⑶原子的线状光谱及其规律
人们拥有很多关于光谱的资料,对这些资料进行整理与分析后,发现光谱线波长有一定的规律且原子光谱是呈分离的线状光谱而不是连续分布。这样人们自然会提出疑问:原子的线状光谱产生的机制是什么?这些谱线的波长为什么有这样简单的规律?
⑷原子的稳定性
卢瑟福的原子模型成功的解释粒子的大角度偏转,但它也是不完美的,还存在着一些问题:
关于原子的稳定性问题。由经典电动力学,电子绕核做的是加速运动,电子的能量会越来越少从而电子减速,轨道半径会不断缩小,最后就会掉到原子核上去,并相