早期量子论和量子力学准备.ppt
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1、关于早期量子论和关于早期量子论和量子力学的准备量子力学的准备第一张,PPT共三十九页,创作于2022年6月19世纪末,经典物理学已发展到顶峰。世纪末,经典物理学已发展到顶峰。牛顿力学牛顿力学 1846发现海王星发现海王星 电磁学电磁学 光的电磁性光的电磁性光学光学 热学热学 统计力学统计力学 在当时看来,已知的一切物理现象,都可以从现成的理在当时看来,已知的一切物理现象,都可以从现成的理论里得到解释。论里得到解释。“物理学的大厦已基本建成,后辈物理学家只要做些修补物理学的大厦已基本建成,后辈物理学家只要做些修补工作就行了。工作就行了。”J.J.汤姆孙汤姆孙第二张,PPT共三十九页,创作于202
2、2年6月3量子力学量子力学 黑体辐射黑体辐射光电效应光电效应氢原子光谱氢原子光谱 康普顿康普顿效应应效应应经典物理学经典物理学第三张,PPT共三十九页,创作于2022年6月量子力学的诞生量子力学的诞生 三个实验三个实验(1)黑体辐射)黑体辐射(2)光电效应)光电效应(3)原子光谱)原子光谱三个飞跃三个飞跃(1)普朗克能量子假说)普朗克能量子假说(2)德布罗意物质波假设)德布罗意物质波假设(3)薛定谔方程与)薛定谔方程与 玻恩概率波解释玻恩概率波解释第四张,PPT共三十九页,创作于2022年6月1905年年 爱因斯坦爱因斯坦 光量子假说光量子假说1910年年 卢瑟福卢瑟福 原子有核模型原子有核模
3、型1913年年 波尔波尔 氢原子光谱规律氢原子光谱规律原子及量子概念原子及量子概念1924年年 德布罗意德布罗意 物质波,波粒二象性物质波,波粒二象性1925年年 海森伯海森伯 矩阵力学矩阵力学1926年年 薛定谔薛定谔 波动力学波动力学 量子力学理论量子力学理论1927年年 海森伯海森伯 测不准关系测不准关系 波恩波恩 波函数的统计诠释波函数的统计诠释 狄拉克狄拉克 相对论量子力学相对论量子力学量子力学理论量子力学理论1900年年 普朗克普朗克 能量子能量子(旧量子论)(旧量子论)A、旧量子旧量子论的形成论的形成(冲破经典冲破经典量子假说量子假说)B、量子力学的建立、量子力学的建立(崭新概念
4、崭新概念)C、量子力学的进一步发展、量子力学的进一步发展(应用、发展应用、发展)第五张,PPT共三十九页,创作于2022年6月5 热辐射热辐射 普朗克量子假说普朗克量子假说第六张,PPT共三十九页,创作于2022年6月一、一、热辐射的基本概念热辐射的基本概念1)辐射出射度辐射出射度 (辐出度辐出度)-)-M 温度为温度为T T时时,单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各种频率电磁波能量的总和种频率电磁波能量的总和 2)单色辐射出射度(单色辐出度)单色辐射出射度(单色辐出度)热辐射热辐射:物体发出的各种电磁波的能量按频率的分布随温度而不同的电磁物
5、体发出的各种电磁波的能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射现象。辐射现象。温度为温度为T T时时,单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的,单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的,波长在波长在附近,单位波长间隔内的电磁波能量。附近,单位波长间隔内的电磁波能量。第七张,PPT共三十九页,创作于2022年6月式中式中 dM 是频率在是频率在 +d 范围内单位时间从物体表面单位面积上范围内单位时间从物体表面单位面积上辐射的电磁波能量辐射的电磁波能量3)单色单色吸收比(光谱吸收比)吸收比(光谱吸收比)和和单色单色反射比(反射比(光谱光谱反射比)反射比)物体在温度物体在温度T,吸收和反射频率,吸收
6、和反射频率 d范围内电磁波能量与相应范围内电磁波能量与相应频率入射电磁波能量之比频率入射电磁波能量之比对于对于不透明不透明物体物体:+=11)辐射出射度辐射出射度(辐出度辐出度)-M 2)单色辐射出射度(单色辐出度)单色辐射出射度(单色辐出度)(光谱辐射出射度)(光谱辐射出射度)单位:单位:W/(m2.Hz)第八张,PPT共三十九页,创作于2022年6月基尔霍夫定侓和黑体基尔霍夫定侓和黑体2)黑体)黑体 若一个物体在任何温度下,对于任何波长入射辐射能的吸收若一个物体在任何温度下,对于任何波长入射辐射能的吸收比都等于比都等于 1,则称它为绝对黑体则称它为绝对黑体 黑体黑体即即,1)基尔霍夫定侓:
7、)基尔霍夫定侓:普适函数普适函数第九张,PPT共三十九页,创作于2022年6月人造绝对黑体模型人造绝对黑体模型 封闭封闭空腔的空腔的小孔小孔绝对黑体的单色辐出度绝对黑体的单色辐出度-研究热辐射的中心问题研究热辐射的中心问题吸收吸收发射发射第十张,PPT共三十九页,创作于2022年6月11热辐射热辐射温度不同时温度不同时 辐射的波长分布不同辐射的波长分布不同是是热能转化为电磁能的过程热能转化为电磁能的过程逐渐升温逐渐升温火火炉炉600度1000度400度热辐射及其定量描述热辐射及其定量描述由于分子热运动导致物体辐射电磁波由于分子热运动导致物体辐射电磁波热辐射过程的实质热辐射过程的实质是是物体向外
8、辐射电磁波物体向外辐射电磁波辐射能辐射能热辐射谱是连续的;热辐射谱是连续的;平衡热辐射;平衡热辐射;只要只要T 0 K,就有热辐射;就有热辐射;第十一张,PPT共三十九页,创作于2022年6月黑体辐射黑体辐射的实验曲的实验曲线线可可见见光光区区0M 实验装置实验装置黑体黑体准直系统准直系统三棱镜三棱镜测量系统测量系统透镜透镜加热器加热器黑体辐射的实验研究黑体辐射的实验研究第十二张,PPT共三十九页,创作于2022年6月黑体辐射的基本规律黑体辐射的基本规律1)斯特藩斯特藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律斯特藩常数斯特藩常数2)维恩位移定律维恩位移定律 黑体辐射出的光谱中辐射最强的波长黑体辐射出的光谱中辐
9、射最强的波长 m 与黑体温度与黑体温度 T 之间满之间满足关系足关系维恩常数维恩常数或或第十三张,PPT共三十九页,创作于2022年6月14瑞利瑞利-金斯线金斯线 为解释黑体辐射规律,为解释黑体辐射规律,1900年瑞利和金斯用能量均分定理和电磁年瑞利和金斯用能量均分定理和电磁理论导出一个公式:理论导出一个公式:黑体辐射的瑞利黑体辐射的瑞利黑体辐射的瑞利黑体辐射的瑞利金斯公式金斯公式金斯公式金斯公式 经典物理的困难经典物理的困难经典物理的困难经典物理的困难该公式只适用于长波段该公式只适用于长波段,而在短波段而在短波段(紫外区)与实验不符。(紫外区)与实验不符。-紫外灾难紫外灾难普朗克线普朗克线1
10、900.12.14 普普朗克在德国物朗克在德国物理学会会议上理学会会议上提出一个黑体提出一个黑体辐射公式辐射公式M.Planck 普朗克常数普朗克常数维恩线维恩线第十四张,PPT共三十九页,创作于2022年6月1515普朗克常数普朗克常数-h 是一个普适常数是一个普适常数普朗克能量子假定:普朗克能量子假定:振子的能量不连续。振子的能量不连续。E=n ,n=1,2,3.=h-能量子能量子基本物理思想:基本物理思想:辐射黑体中的分子、原子可看作辐射黑体中的分子、原子可看作线性谐振子线性谐振子 振动时向外辐射能量(也可吸收能量)振动时向外辐射能量(也可吸收能量)物体发射或吸收电磁辐射时物体发射或吸收
11、电磁辐射时 交换能量的最小单位是交换能量的最小单位是“能量子能量子”=h 二、普朗克量子假设:二、普朗克量子假设:第十五张,PPT共三十九页,创作于2022年6月普朗克的思想是完全背离经典物理,受到当时许多人的怀疑和反普朗克的思想是完全背离经典物理,受到当时许多人的怀疑和反对,包括当时的物理学泰斗对,包括当时的物理学泰斗-洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除以某种方式来消除 这一关系式。他写道:这一关系式。他写道:我试图将我试图将 h h 纳入经典理论的范围,但这样的尝试都失败了,这个量非常纳入经典理论的范围,但这样的尝试都失败了,这个量非常顽固,后来他
12、又说:顽固,后来他又说:普朗克的能量子假说导致了量子力学的产生,普朗克也成为普朗克的能量子假说导致了量子力学的产生,普朗克也成为量子力学的奠基人,于量子力学的奠基人,于19181918年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。19001900年年1212月月1414日日成为量子物理的诞生日成为量子物理的诞生日在好几年内我花费了很大的劳动,徒劳地去尝试如何将作用量子引在好几年内我花费了很大的劳动,徒劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。但我从这种深入剖析中也获得了极大的好处,入到经典理论中去。但我从这种深入剖析中也获得了极大的好处,我终于确切地知道能量子我终于确切地知道能量子 将在物理中发挥出巨大作
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