PPT《量子力学（Quantum Mechanics）》

1、19世纪末,经典物理存在的局限性 前言到了19世纪末,已建立了三大物理理论:牛顿力学:确定了宏观经典粒子的运动规律;

麦克斯韦电动力学: 确定了电磁场和电磁波的运动规律;

热力学和统计物理: 确定了热平衡态的物性. 虽然三大经典理论在解释某些自然现象取得了巨大的成功,但它们存在局限性,譬如: 只局限于研究光的传播,并未真正涉及到光的产生、吸收和光与物质的相互作用的物理机制. 光学(包括后来的电磁波理论) 牛顿力学(包括后来建立的相对论力学) 只局限于研究物体在其外在时空中的机械运动,并没有涉及到物体的物质结构和物质的内禀属性等问题 物理学出现了一些物理现象与经典理论解释相矛盾.如黑体辐射问题,光电效应,原子系统出现的线状光谱及原子的稳定性,固体与分子的比热问题等,这些物理现象都不能用经典物理理论给予圆满的解释.正是在这样的背景下,德国物理学家马克思.普朗克为了合理解释黑体辐射能谱,而在1900年12月14日提出了一个崭新的物理概念――量子论.

2、量子论的提出 ⑴、背景 (2)、 量子力学与其它学科之间的关系: (3)、量子力学的近代发展及其应用: 第0章 经典物理学碰到的困难及量子学的形成 §0.1 经典物理学碰到的困难及量子论的诞生 0.1.1黑体辐射问题――普朗克(Planck)量子论的提出

一、黑体辐射问题 固体或液体,在任何温度下都在发射各种波长的电磁波,这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射.所辐射电磁波的特征仅与温度有关.

(一)维恩(Wien)公式 1896年维 恩从热力学原理普遍理论并加上些特殊的假设得出一个分布公式: 维恩公式在高频段与实验相吻合,而在低频段与实验有明显的偏差. 黑体辐射问题:黑体辐射处于平衡状态时的能量密度随频率(波长)的分布. 固体在温度升高时颜色的变化

1400 K

800 K

1000 K

1200 K

(二)瑞利(J. W. Rayleigh)――金斯(J. H. Jeans)公式 瑞利和金斯根据经典电动力学和统计物理学得出另外一个公式: 为Boltzman常数. 该公式在低频段部分与实验曲线相符合,而在高频段有明显偏离(当 成为发散的,即紫外发散困难).

(三)普朗克(Planck)公式 普朗克分别从瑞利公式和维恩公式求出其能量的涨落,并将二者相加作为插值公式的能量涨落,从而得出插值公式,即普朗克公式: 其中 为Planck常数.该公式在全频段皆与实验曲线完全符合. 瑞利-金斯 维恩理论值 实验 T=1646k 二.普朗克量子论的提出 Planck量子论:对于一定频率的辐射,物体只能以 能量单位 不连续地发射或吸收辐射能量. 为Planck常数,能量单位 称为能量子. Planck于1900年12月14日在德国物理学会上报告了这个理论的推导,以及根据辐射实验定出了Planck常数.这日被定为量子理论的诞生日. 德国物理学家普朗克(1858-1947)因提出量子假说,荣获1918年诺贝尔物理学奖 (a)光电子产生的条件:照射光的频率必须大于一定值,即由金属材料确定的频率.(b)每个光电子的能量:光电子的能量只与照射光的频率有关,而与光的强度无关,光的强度只影 响光电子的数目. 光电效应无法由经典物理解释.因按照光的电磁理论光的能量只决定于光的强度,而与光的频率无关. 0.1.2 光电效应――爱因斯坦(Einstein)光量子论