大学量子物理华北电力大学课件.ppt

量子物理
到19世纪末,经典物理已经建立了比较完整的理论体系,并取得了极大的成功。
经典物理的完善
力学:
牛顿定律→分析力学
→海王星的预言、证实
(天王星实际轨道在比推算的
开普勒轨道更远的轨道上运行, 并且速度也在变化)
电磁学:
总结出了完备的麦克斯韦方程组
→电磁波的预言、证实
光学统一于电磁学
声学统一于力学
热力学:
建立了系统的理论
统计物理对热现象的研究已建立在微观元过程的基础之上
考试通知
时间:12周周六(11月10日)下午。
答疑时间:12周周四下午3:00-6:00 周五下午3:00-6:00
地点:教七114室(理论物理教研室)
考试内容:闭卷,电磁学85%,量子15%。
要求:; 、手机等电子工具; ; ,答题册左上角标明序号。
研究对象的变化引起的危机
一系列重大实验发现无法用经典物理的理论来解释,迫使物理学家跳出传统的经典物理的理论框架,
最终致了量子物理的诞生!
1900年元旦,在英国皇家学会的新年庆祝会上,开尔文爵士在展望新世纪的发言中说:物理学的大厦已经建成,未来的物理学家只需做些修修补补的工作就行了。只是明朗的天空中还有两朵乌云!
开尔文看到的两朵乌云,带来的是一场物理学革命!
一朵与迈克尔逊实验有关,另一朵与黑体辐射有关。
量子理论的提出
1900年,普朗克→黑体辐射→能量子
爱因斯坦→光电效应→光量子(light quantum)假说
1913年,波尔→原子的量子化模型→氢原子光谱
1924年,德布罗意→物质的波粒二象性
1925年,薛定谔方程
波恩、海森堡、狄拉克
到20世纪30年代,建立了完整的量子力学理论
原子、原子核、基本粒子→宇宙星体、宇宙的形成
光子photon
1926年刘易斯
第26章主要内容
黑体辐射——量子概念提出的背景
光电效应——光(量)子概念引入的背景
光的二象性——光(量)子的提出
康普顿散射——光(量)子概念的应用
粒子的波动性——量子理论的最基础概念
概率波与概率幅——波粒二象性的诠释
不确定关系——量子理论最重要的基础
§1 黑体辐射和普朗克的能量子假说
一. 基本概念
1. 热辐射
定义:
分子的热运动使物体辐射电磁波
例如:加热铁块
基本性质
温度发射的能量电磁波的短波成分
平衡热辐射
物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量
第26章波粒二象性
能量按频率的分布随温度变化
2. 光谱辐射出射度— Mν
单位时间内从物体单位表面发出的频率在
ν附近单位频率间隔内的电磁波的能量。
3. 实验表明辐射能力越强的物体,吸收能力也越强
二. 黑体和黑体辐射的基本规律
1. 黑体:
能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体称为黑体,黑体的Mν最大且只与温度有关而和材料及表面状态无关。
2. 维恩设计的黑体
3. 维恩黑体辐射公式
高频符合实验结果
维恩公式
瑞利-金斯公式
4. 瑞利-金斯公式
“紫外灾难”
5. 普朗克公式
在全波段与实验结果惊人符合!
四. 普朗克的能量子假说
2. 普朗克假定(1900年)
h= ×10 -34 J·s ——普朗克常数
经典
能量
E = nh n=0,1,2,3,…
振子----物体
经典理论:振子的能量取“连续值”
物体以能量子发射或吸收电磁辐射:
1.“振子”的概念(1900年以前)
量子
组成腔壁的带电谐振子和腔内辐射交换能量而达到热平衡
“量子”概念的提出
获1918年诺贝尔物理学奖

斯特藩—玻尔兹曼定律
维恩位移定律
= 10-8 W/m2K4
M—黑体全部辐射出射度
温度为T 的黑体辐射中,光谱辐射出射度最大的光的频率随温度的变化
6000K
4500K
3000K
§2 光电效应
一. 光电效应的实验规律

光电子
光电效应

光→金属→发射电子