量子物理介绍ppt

开尔文
第一朵乌云---迈克耳逊-莫雷实 验
• 迈克耳孙-莫雷实验是对于以 太风的测定。当时人们认为 光是靠一种叫做以太的介质 传播，而且如果地球绕着太 阳转动，就会产生相对应的 速度的以太风，所以会影响 光的传播。这个实验模拟了 这个过程。实验的结果是光 的传播并不受到影响，进而 以太风就不应该存在。但当 时的人们是实验出错了，而 非以太不存在。和量子力学 貌似没有什么关系。这个实 验验证了光速不变定理，也 和我们有点关系，故而简略 说明一下。
c2 (eh / kT 1)
普朗克的量子假设突破了经典物理学的观念，第一次 提出了微观粒子具有分立的能量值,既微观粒子的能量 是量子化的。
光电效应 光量子学说
1.光电效应
当光线照射金属表面时，金属中有电子 逸出的现象，称为光电效应。逸出的电 子称为光电子。
光电效应实验
光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸 出----光电子。
2.爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电 子逸出功A，另一部分变为光电子的动能 Ek0 。
h
1 2
mvm 2
A
式中：A为电子逸出金属表面所需作的功，称为逸出功； 为
当 K、A 间加反向电压，光电子克服电 场力作功，当电压达到某一值UC时，光 电流恰为零。 UC称反向遏止电压。
E k max
1 2
mv
2
e
|UC
|
截止电压的大小反映光电子初动能的大小。
2.爱因斯坦的光量子假设
1.内容
光不仅在发射和吸收时以能量为h 的微粒形式出现，而且在空间传播 时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 =h 光子 组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。
如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是根本不懂量子力学 – ---玻尔
第六章 量子物理 Quantum Mechanics
--第2组
曾杰/田振伟 /颜新/严冯洋/兰阳 /邓立铸/杜航 /郑健/粟盈龙/罗景瀚/张恒
理论学家费纸，实验学家费电，理论实验物理学家费米
什么是量子物理？
量子物理（量子力学 Quantum Mechanics） 是研究物质世界微观粒子运动规律的物理 学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物 质，以及原子核和基本粒子的结构、性质 的基础理论它与相对论一起构成现代物理 学的理论基础。量子力学不仅是现代物理 学的基础理论之一，而且在化学等学科和 许多近代技术中得到广泛应用。（摘自百 度百科）
在热平衡下，任何物体的单色辐出度与单色吸收比的比值与 物体的性质无关，对于所有物体，这个比值是波长和温度的 普适函数。
M (,T ) (,T )
M0
(,T
)
基尔霍夫定律
辐出度较大的物体，其吸收本领一定也较大；辐出度较小的物体， 其吸收本领也一定较小。
经典物理的解释及困难
1.斯忒藩 玻耳兹曼定律
黑体的辐出度曲线下的面积（总辐射能）与黑体的热力学 温度的四次方成正比：
3.黑体辐射的瑞利—金斯公式
瑞利—金斯公式是由经典统计物理和经典电动力学得出的，其在 长波波段与实验符合的很好，而在短波波段有明显的差异，既历史 上的 “紫外灾难”。
M
(T
)d
2πckT
4
d
M
(T )d
2π 2kT
c2
d
紫外灾难其实质说明了经典理论具有一定的缺陷。
经典物理的困难
普朗克的量子假设
1.组成腔壁的原子、分子可视为带电的一维线性谐振子，谐振子能够与 周围的电磁场交换能量。
2.每个谐振子的能量不是任意的数值, 频 率为ν的谐振子，其能量只能为 hν, 2 hν, …分立值。 h = 6.626×10 –34 js ,为普 朗克常数。
3.当谐振子从一个能量状态变化到另一 个状态时, 辐射和吸收的能量是hν的整 数倍:
黑体辐射与能量子假说
终于轮到第二朵乌云了。
我们知道，任何物体都具有 不断辐射、吸收、反射电磁波的 本领。辐射出去的电磁波在各个 波段是不同的，也就是具有一定 的谱分布。这种谱分布与物体本 身的特性及其温度有关，因而被 称之为热辐射。为了研究不依赖 于物质具体物性的热辐射规律， 物理学家们定义了一种理想物 体——黑体(black body)，以此作 为热辐射研究的标准物体。
ห้องสมุดไป่ตู้
实验发现，黑体辐射只 与温度有关，且有以下 规律：
1.在温度为T 的黑体的 单位面积上，在单位 时间内，单位波长范 围内所辐射出的电磁 波能量，称为单色辐 出度 Mλ( T )。
M
λ
(T
)
dM λ
d
2.在单位时间内，
从温度为T 的黑
体的单位面积上
所辐射出的电磁
波的总能量, 称
为辐出度 M( T )。
经典的反义词是什么？ 量子。
研究 对象
量子物理研究的东西都超级超级小
理论 量子物理里边只讲求概率，不讲求规律
应用 没有量子力学你将不能吃鸡
想要了解量子力学， 那么一切都不得不从两 多乌云谈起。这两朵乌 云出自1900年4月27日 开尔文的演讲《在热和 光动力理论上空的19世 纪乌云》：“动力学理 论断言，热和光都是运 动的方式，但是，现在 这一理论的优美性和明 晰性却被两朵乌云遮蔽， 显得黯然失色”。
E nh (n 1,2,3)
普朗克常数 h 6.626 10 34 J s
一维谐振子的能量取分立值
*能量是分立的，不是连续的。存在着能量的最小单元； * 振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。
普朗克黑体辐射公式
2πhc2 1
M (T ) 5 ehc/ kT 1
M
(T )
2πh 3
M
T
0
M
λ
T
d
在一定温度下，曲线有一极大值，对应的波长称为 峰值波长λm 。 各种单色辐出度随温度的升高而增 加。
3、吸收比
当辐射从外界入射到物体表面时，被物体吸收的能量与 入射能量之比称为吸收比。
波长在从λ 到λ＋dλ间隔范围内的吸收比称为单色吸收比。 用α(λ,T)表示。
吸收能量
(,T ) 入射总能量
M (T)
0
M
λ
(T
)d
T
4
σ称为斯忒藩 玻耳兹曼常量。
定律表示单位时间单位表面积上辐射出的各种波长电磁波的总能量 与温度之间的关系。
2. 维恩位移定律 当黑体的热力学温度升高时，峰值波长向短波方向 移动。
mT b
维恩定律是由经典统计物理导出的半经验公式，在短波波段与 实验符合的很好，而在长波波段有明显的差异。