2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：量子物理(共13張PPT)

1、第16章 量子物理（Quantum Physics） 一、舊量子論的形成（沖破經(jīng)典量子假說） 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 電磁輻射能量量子化 1913 N.Bohr 原子能量量子化二、量子力學(xué)的建立（嶄新概念） 1923 de Broglie（德布羅意 ）電子具有波動性 1926 - 27 Davisson, G.P.Thomson 電子衍射實(shí)驗(yàn) 1925 Heisenberg 矩陣力學(xué) 1926 Schroedinger 波動方程 1928 Dirac 相對論波動方程量子史話 量子力學(xué)是研究原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理論基礎(chǔ)，在化學(xué)、生物、信

2、息、激光、能源和新材料等方面的科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)中，發(fā)揮越來越重要的作用。學(xué)習(xí)現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展史的重大意義： 1）科學(xué)家如何抓住機(jī)遇，克服困難，勇于突破傳統(tǒng)觀念束縛的創(chuàng)新思想和鍥而不舍的探索精神，以及作為一個成功者所具有的高尚品德. 2）科學(xué)發(fā)展不是一帆風(fēng)順的，有成功也有失敗，而且科學(xué)爭論永遠(yuǎn)不斷，正是不同學(xué)術(shù)觀點(diǎn)之間的科學(xué)爭論的不斷產(chǎn)生和解決推動著人類科學(xué)認(rèn)識的不斷深入和發(fā)展. 量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史. 其間，經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努力，到 20 世紀(jì) 30 年代就建立了一套完整的量子力學(xué)理論.

3、1900年，普朗克（M.Pulanck）提出能量子，即能量量子化的概念，這對經(jīng)典物理理論是一個極大的沖擊，因?yàn)槟芰康倪B續(xù)性在經(jīng)典物理中是“天經(jīng)地義”的事情。在物理學(xué)上，能量子概念的提出具有劃時代的意義，它標(biāo)志了量子力學(xué)的誕生。 1905年，為解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦提出光量子（光子）的概念，指出光具有波粒二象性。 1923年，德布羅意（P.L.de Broglie）提出實(shí)物粒子也具有波動性的假設(shè)。波粒二象性的假設(shè)，為物質(zhì)世界建立了一個統(tǒng)一的模型。物質(zhì)具有波粒二象性是建立量子力學(xué)的一個基本出發(fā)點(diǎn)。 1927年，戴維孫（C.J.Davisson）和革末（L.H.Germer）通過鎳單晶體表面對電子束

4、的散射，觀測到和X光衍射類似的電子衍射現(xiàn)象；同年，G.P.湯姆孫（G.P.Thomson）用電子束通過多晶薄膜，證實(shí)了電子的波動性。 1925年，海森伯(W.Heisenberg)放棄電子軌道等經(jīng)典概念，用實(shí)驗(yàn)上可觀測到的光譜線的頻率和強(qiáng)度描述原子過程，奠定了量子力學(xué)的一種形式矩陣力學(xué)的基礎(chǔ)。 1926年，薛定諤(E.Schrodinger)提出了非相對論粒子（能量遠(yuǎn)小于靜能）的運(yùn)動方程薛定諤方程，由此方程出發(fā)的量子力學(xué)稱為波動力學(xué)。 同年，狄拉克（P.A.M. Dirac）提出了電子的相對論性運(yùn)動方程狄拉克方程，把狹義相對論引入薛定諤方程，統(tǒng)一了量子論和相對論，為研究粒子物理的量子場論奠定了

5、基礎(chǔ)。 量子物理的理論基礎(chǔ)獨(dú)立于經(jīng)典力學(xué)，同我們的日常感受格格不入。對于生活在宏觀世界又比較熟悉經(jīng)典力學(xué)的人們來說，學(xué)習(xí)量子物理確有一定難度。初學(xué)者往往試圖用經(jīng)典的概念去理解量子物理，這將使學(xué)習(xí)陷入困境。一 黑體 黑體輻射 熱輻射 任何物體在任何溫度下都會發(fā)射不同頻率的電磁波的現(xiàn)象為熱輻射.物體在任何時候都存在發(fā)射和吸收電磁輻射的過程. 實(shí)驗(yàn)證明熱輻射具有如下規(guī)律:1. 輻射能量按頻率的分布隨溫度而不同. 2. 不同物體在某一頻率范圍發(fā)射和吸收輻射的能力不同; 同一物體在某一頻率范圍發(fā)射越強(qiáng), 吸收也越強(qiáng) .16 1 黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)實(shí)驗(yàn)表明 輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng).

6、黑體 能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁輻射的物體稱為黑體 .（黑體是理想模型） 1.單色輻射出射度 單位時間內(nèi)從物體單位面積發(fā)出的頻率在 附近單位頻率區(qū)間（或波長在 附近單位波長區(qū)間）的電磁波的能量 .單色輻射出射度 單位：單色輻射出射度 單位： 定量研究熱輻射的有關(guān)物理量 2.輻射出射度（輻出度）單位時間，單位面積上所輻射出的各種頻率（或各種波長）的電磁波的能量總和. 會聚透鏡空腔小孔平行光管棱鏡熱電偶測量黑體輻射出射度實(shí)驗(yàn)裝置二 斯特藩 玻耳茲曼定律 維恩位移定律1879年斯特藩從實(shí)驗(yàn)上總結(jié)而得該定律1884年玻耳茲曼從理論上證明了該定律（1）斯特藩玻耳茲曼定律斯特藩玻耳茲曼常數(shù)（2）維恩位移定律常數(shù)峰值