大學物理課件：量子物理1

A.Piccard,E.Henriot,P.Ehrenfest,E.Herzen,Th.deDonder,E.Schr?dinger,J.E.Verschaffelt,W.Pauli,W.Heisenberg,R.H.Fowler,L.Brillouin;P.Debye,M.Knudsen,W.L.Bragg,H.A.Kramers,P.A.M.Dirac,A.H.Compton,L.deBroglie,M.Born,N.Bohr;I.Langmuir,M.Planck,M.Sk?odowska-Curie,H.A.Lorentz,A.Einstein,P.Langevin,Ch.-E.Guye,C.T.R.Wilson,O.W.Richardson量子物理基礎14.1普朗克能量子假設14.2光電效應14.3康普頓效應14.4玻爾的氫原子理論14.5實物粒子的波粒二象性14.6不確定關系14.7波函數(shù)和薛定諤方程14.8量子力學對氫原子的應用14.9原子的電子殼層結構量子物理基礎普朗克首先提出能量子假說，成功地解釋黑體輻射現(xiàn)象（1900年）愛因斯坦的光子學說，成功地解釋光電效應現(xiàn)象(1905年)康普頓散射進一步證實光的粒子性(1923年)德布羅意提出實物粒子的波粒二象性假說

(1924)玻爾利用量子化概念建立了氫原子模型，成功地解釋氫原子光譜(1913年)薛定諤提出的薛定諤方程建立了量子力學的波動力學(1926

年)

海森堡等人建立了量子力學的矩陣力學(1925年

)早期量子論的建立量子力學體系的建立14.1普朗克能量子假設熱輻射：物體的由其溫度決定的電磁輻射稱為熱輻射。

物體在輻射電磁波的同時，也吸收投射到物體表面的電磁波。當輻射和吸收達到平衡時，物體的溫度不再變化而處于熱平衡狀態(tài)，此時物體的熱輻射稱為平衡熱輻射。物體輻射本領越大，其吸收本領也越大，反之亦然。通有電流的電爐絲通有電流的燈絲不同溫度的鉚釘一、熱輻射熱的地方顯白色，冷的地方顯黑色紅外照相機拍攝的人頭部的熱圖美國AN/PVS-5A微光夜視眼鏡它可在200米內(nèi)發(fā)現(xiàn)人，在136米內(nèi)識別人，在565米內(nèi)發(fā)現(xiàn)坦克，在395米內(nèi)識別坦克。1.單色輻射出射度（單色輻出度）指溫度為T的物體單位表面積在單位時間內(nèi)發(fā)射的、波長在

范圍內(nèi)的輻射能與波長間隔的比值。（單位時間內(nèi)）

T單位面積2.輻出度(輻射出射度總發(fā)射本領）溫度為T的物體單位時間內(nèi)從單位面積上所輻射的各種波長的總的輻射能，用M（T）表示。二.描述熱輻射的基本物理量

能夠全部吸收各種波長的電磁輻射能而不發(fā)生反射和透射的物體稱為絕對黑體，簡稱黑體。例如，一個不透明的空腔開有小孔可近似看成理想的黑體。1.黑體

黑體的吸收本領最大，輻射本領也最大。輻射的電磁波含有各種頻率成分，并隨黑體的溫度而變化。黑體并不一定是黑色的（如太陽），只有當其自身的熱輻射很弱時，看上去是黑洞洞的。三、黑體輻射的實驗規(guī)律7000K6000K5000K4000K可見光不同溫度下黑體的單色輻出度隨波長變化的實驗曲線

在一定溫度下，曲線有一極大值，對應的波長稱為峰值波長λm

。隨著溫度的升高，黑體的單色輻出度迅速增大，并且曲線的極大值逐漸向短波方向移動。

黑體的輻出度曲線下的面積（總輻射能）與黑體的熱力學溫度的四次方成正比：式中，稱為斯忒藩

玻耳茲曼常量。2.斯忒藩

玻耳茲曼定律3.維恩位移定律

當黑體的熱力學溫度升高時，峰值波長向短波方向移動。式中，為常數(shù)。其中

，

為常數(shù)1896年維恩從經(jīng)典熱力學及統(tǒng)計理論及實驗數(shù)據(jù)的分析得出：1.維恩公式短波方向與實驗符合較好,但長波段與實驗結果相差懸殊。四、經(jīng)典物理學遇到的困難維恩公式(1896年)實驗曲線

2.瑞利-金斯公式長波方向與實驗符合較好短波方向得出災難性的結論。“紫外災難”－經(jīng)典物理有難！c為真空中的光速1900年從經(jīng)典電動力學和

統(tǒng)計物理學推導而得經(jīng)典物理的困難瑞利—金斯公式(1900年)維恩公式(1896年)實驗曲線

1900.10.7實驗物理學家魯本斯（Rubens）給普朗克帶來了熱輻射理論與實驗比較的信息。當晚普朗克就用內(nèi)插法猜出來一個公式----黑體輻射公式五、普朗克黑體輻射公式和能量子假說1.普朗克黑體輻射公式——普朗克公式（1900）魯本斯（Rubens）把這

“幸運地猜出來的內(nèi)插公式”同最新的實驗結果比較發(fā)現(xiàn)：在全波段與實驗結果驚人的符合。2.普朗克的能量子假說

普朗克認為：為了從理論上得出正確的輻射公式，必須引進一個假設：腔壁中帶電諧振子的能量不能連續(xù)變化，頻率為ν

的振子的能量ε只能取hν的整數(shù)陪，即ε=nhν，n稱為量子數(shù)，諧振子和腔內(nèi)輻射場交換能量（即發(fā)射和吸收輻射能）也只能是hν的整數(shù)倍。諧振子能量的這個最小單位稱為能量子，其中

，普朗克當時把它叫做基本作用量子，現(xiàn)在叫做普朗克常數(shù)。

普朗克的量子假設突破了經(jīng)典物理學的觀念，第一次提出了微觀粒子具有分立的能量值,既微觀粒子的能量是量子化的。

普朗克常數(shù)是現(xiàn)代物理學中最重要的物理常數(shù)，它標志著物理學從“經(jīng)典幼蟲”變成“現(xiàn)代蝴蝶”。

由能量量子化概念得到了普朗克的黑體輻射公式。實驗曲線理論曲線一維諧振子的能量取分立值實驗值與理論值符合的很好普朗克公式由普朗克公式可導出其他所有熱輻射公式：維恩公式瑞利-金斯公式