大学物理量子力学(全套课件444P)
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大学物理课件-量子力学
(2)
1 2
(
x,
t
)e
i
px
dx
▲ 態疊加原理是粒子波動性體現,是量子力
學基本原理之一。
薛定諤
Erwin Schrodinger 奧地利人 1887-1961
創立量子力學
獲1933年諾貝爾 物理學獎
19.3
問題 提出
經薛典定粒諤子方程(SFchrodddt2r2inger equation)
三、波函數的要求 波函數的有限性: 根據波函數統計解釋,在空間任何有限體積
元中找到粒子的概率必須為有限值。
波函數的歸一性: 根據波函數統計解釋,在空間各點的概率總
和必須為1。 r, t 2 d 1
注意:若
2
A(r ) d A
則
1 A
A
(r )
2
d
1
1 ——歸一化因數
A
波函數的單值性:
其狀態用 2( x) 描述, 電子的概率分佈為P2 |Ψ2|2
雙縫 齊開時,電子可通過上縫也可通過下縫
通過上、下縫各有一定的概率
總的概率幅為 Ψ12 Ψ1 Ψ2
Ψ12 Ψ1 Ψ2
P12 |Ψ12 |2 |Ψ1 Ψ2 |2 |Ψ1|2 |Ψ2|2 P1 P2
即使只有一個電子,當雙縫齊開時,
▲ 在空間的某一點波函數模的平方和該點找到 粒子的幾率成正比。 波動性:某處明亮則某處光強大, 即 I 大 粒子性:某處明亮則某處光子多, 即 N大
光子數 N I A2
I大,光子出現概率大; I小,光子出現概率小。
2.數學表示 t 時刻,在
r
端點處單位體積中發現一個粒子
的概率,稱為概率密度。即
Ae
量子力学简介PPT课件
i Et
Ψ (x, y, z, t) (x, y, z)e
2023/12/30
对于等式右边: 1 ( 2 2 V ) E
2m
量子力学简介
说明
2 2 V E
2m
——定态薛定谔方程
(x,y,z)应为单值函数;
(1) 标准条件: |Ψ |2dxdydz 1 应为有限值;
(2) 求解
, , ,
量子力学简介
2. 一维粒子在外保守力场中运动时具有势能 V
粒子的总能量: E p2 V
2m
同理,有:
Ψ
2 2
i
V
t
2m x2
推广:粒子在三维空间中运动时:
引入拉普拉斯算符: 2
2
x 2
2 y 2
2 z 2
i Ψ 2 2 V ——薛定谔方程
t
2m
定义哈密顿算符:
Hˆ
2
2
V
(r )
应连续.
x y z
E (粒子能量)
(定态波函数)
(3) 势能函数V 不随时间变化.
以一维定态薛定谔方程(粒子在一维空间运动)为例讨论.
2023/12/30
17.4 一维定态问题
量子力学简介
17.4.1 一维无限深方势阱
1. 势能函数
0 V (x)
2. 定态薛定谔方程
0 xa x 0,x a
1.22
应用举例
电子显微镜分辨率 远大于
光学显微镜分辨率
20世纪30年代, 电子显微镜诞生了.电子显微镜是利用高 速运动的电子束代替光线来观察物体的细微结构的, 放大倍 数比光学显微镜高许多, 可以达到几十万倍.电子显微镜大大 开阔了人们的视野, 使人们看到了细胞更细微的结构.
大学物理量子物理量子物理 ppt课件
黑体辐射的困难。 引入能量量子化的概念,是量子物理开端,
为爱因斯坦光子论和玻尔氢原子理论奠定基础。
“敲响近代物理晨钟” 1900年12月14日 《正常光谱中能量分布律的理论》
量子力学诞生日
1918年 诺贝尔物理奖
③ 普朗克恒量 h 已经成为物理学中最基本、最重
要的常数之一。
ppt课件
21
“我当时打算将基本作用量子 h 归并到经典理论范 畴中去,但这个常数对所有这种企图的回答都是无 情的”
维恩线
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ( m)
ppt课件
18
三、普朗克能量子假说
1. 经验公式
在维恩公式和金斯公式之间用内插法得出与实验曲 线相符的经验公式
hc
e0 (,T ) 2hc 2 5 (e kT 1)1
e0 (T,)
0 ppt课件
19
2. 能量子假设(模型)
能全部吸收(不反射)任何波长的 入射辐射能的物体 —— 绝对黑体
模型:空腔小孔
ppt课件
绝热不 透明
7
3. 绝对黑体的辐射定律
实验发现:物体的电磁辐射能力与吸收能力一致。
黑体
完全吸收体 理想发射体
定义两个物理量:
e0(,T ) — 单色辐射本领:
单位时间内,从物体表面单位面积上发射的波长
d范围的辐射能与波长间隔d之比
e0(相对强度)
T 2.7 K
31010 Hz 1
1964年 贝尔实验室 彭齐亚斯、威尔孙 发现
1978年 诺贝尔物理奖(大爆炸宇宙学论据)
1990年 美国COBE卫星精密观测,得其能谱为
2.735 0.06K.黑体辐射
《量子力学》课件
贝尔不等式实验
总结词
验证量子纠缠的非局域性
详细描述
贝尔不等式实验是用来验证量子纠缠特性的重要实验。通过测量纠缠光子的偏 振状态,实验结果违背了贝尔不等式,证明了量子纠缠的非局域性,即两个纠 缠的粒子之间存在着超光速的相互作用。
原子干涉仪实验
总结词
验证原子波函数的存在
详细描述
原子干涉仪实验通过让原子通过双缝,观察到干涉现象,证明了原子的波函数存在。这个实验进一步 证实了量子力学的预言,也加深了我们对微观世界的理解。
量子力学的意义与价值
推动物理学的发展
量子力学是现代物理学的基础之一,对物理学的发展产生了深远 的影响。
促进科技的创新
量子力学的发展催生了一系列高科技产品,如电子显微镜、晶体 管、激光器等。
拓展人类的认知边界
量子力学揭示了微观世界的奥秘,拓展了人类的认知边界。
量子力学对人类世界观的影响
01 颠覆了经典物理学的观念
量子力学在固体物理中的应用
量子力学解释了固体材料的电子 结构和热学性质,为半导体技术 和超导理论的发现和应用提供了
基础。
量子力学揭示了固体材料的磁性 和光学性质,为磁存储器和光电 子器件的发展提供了理论支持。
量子力学还解释了固体材料的相 变和晶体结构,为材料科学和晶
体学的发展提供了理论基础。
量子力学在光学中的应用
复数与复变函数基础
01
复数
复数是实数的扩展,包含实部和虚部,是量子力 学中描述波函数的必备工具。
02
复变函数
复变函数是定义在复数域上的函数,其性质与实 数域上的函数类似,但更为丰富。
泛函分析基础
函数空间
泛函分析是研究函数空间的数学分支,函数空间中的元素称为函数或算子。
量子力学课件(完整版)
Light beam
metal
electric current
11
能量量子化的假设
造成以上难题的原因是经典物理学认为 能量永远是连续的。
如果能量是量子化的,即原子吸收或发 射电磁波,只能以“量子”的方式进行, 那末上述问题都能得到很好的解释。
12
能量量子化概念对难题的解释
原子寿命 ①原子中的电子只能处于一系列分立的能级之中。
18
当 kT hc(高频区)
E(, T)
2hc2 5
e hc
kT
Wein公式
当 kT hc(低频区)
E(, T)
2c 4
kT
Rayleigh–Jeans公式
19
能量量子化概念对难题的解释
对光电效应的解释
如果电子处于分立能级且入射光的能 量也是量子化的,那么只有当光子的能 量(E =hυ)大于电子的能级差,即E =hυ > En-Em时,光电子才会产生。如 果入射光的强度足够强,但频率υ足够 小,光电子是无法产生的。
2 , k 2 / ,
得到 d 2 0,所以,t x(t)
dk 2 m
物质波包的观点夸大了波动性的一面,抹杀 了粒子性的一面,与实际不符。
45
(2)第二种解释:认为粒子的衍射行为是大 量粒子相互作用或疏密分布而产生的行为。 然而,电子衍射实验表明,就衍射效果 而言, 弱电子密度+长时间=强电子密度+短时间 由此表明,对实物粒子而言,波动性体 现在粒子在空间的位置是不确定的,它是以 一定的概率存在于空间的某个位置。
2
这面临着两个问题:
1、信号电磁波所覆盖的区域包括大量的 元件,每个元件的工作状态有随机性,但 器件的响应具有统计性;
量子力学(全套) ppt课件
1 n2
人们自然会提出如下三个问题:
1. 原子线状光谱产生的机制是什么? 2. 光谱线的频率为什么有这样简单的规律?
nm
3. 光谱线公式中能用整数作参数来表示这一事实启发我们 思考: 怎样的发光机制才能认为原子P的PT课状件态可以用包含整数值的量来描写12 。
从前,希腊人有一种思想认为:
•2.电子的能量只是与光的频率有关,与光强无关,光
强只决定电子数目的多少。光电效应的这些规律是经典
理论无法解释的。按照光的电磁理论,光的能量只决定
于光的强度而与频率无关。
PPT课件
24
(3) 光子的动量
光子不仅具有确定的能量 E = hv,
而且具有动量。根据相对论知,速度 为 V 运动的粒子的能量由右式给出:
nm
11
谱系
m
Lyman
1
Balmer
2
Paschen
3
Brackett
4
Pfund
5
氢原子光谱
n 2,3,4,...... 3,4,5,...... 4,5,6,...... 5,6,7,...... 6,7,8,......
区域 远紫外 可见 红外 远红外 超远红外
RH
C
1 m2
自然之美要由整数来表示。例如:
奏出动听音乐的弦的长度应具有波长的整数倍。
这些问题,经典物理学不能给于解释。首先,经典物理学不能 建立一个稳定的原子模型。根据经典电动力学,电子环绕原子 核运动是加速运动,因而不断以辐射方式发射出能量,电子的 能量变得越来越小,因此绕原子核运动的电子,终究会因大量 损失能量而“掉到”原子核中去,原子就“崩溃”了,但是, 现实世界表明,原子稳定的存在着。除此之外,还有一些其它 实验现象在经典理论看来是难以解释的,这里不再累述。
量子力学ppt
详细描述
量子计算和量子通信是量子力学的重要应用之一,具有比传统计算机和通信更高的效率和安全性。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式,具有比传统计算机更快的计算速度和更高的安全性。量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式,可以保证通信过程中的安全性和机密性。这两个应用具有广泛的应用前景,包括密码学、金融、人工智能等领域。
薛定谔方程
广泛应用于原子、分子和凝聚态物理等领域,可以用于描述物质的量子性质和现象。
薛定谔方程的应用
哈密顿算符与薛定谔方程
03
量子力学中的重要概念
是量子力学中的一种重要运算符号,用于描述量子态之间的线性关系,可以理解为量子态之间的“距离”。
狄拉克括号
是一种量子化方法,通过引入正则变量和其对应的算符,将经典物理中的力学量转化为量子算符,从而建立量子力学中的基本关系。
描述量子系统的状态,可以通过波函数来描述。
量子态与波函数
量子态
一种特殊的函数,可以表示量子系统的状态,并描述量子粒子在空间中的概率分布。
波函数
波函数具有正交性、归一性和相干性等性质,可以用于计算量子系统的性质和演化。
波函数的性质
一种操作符,可以用于描述物理系统的能量和动量等性质。
哈密顿算符
描述量子系统演化的偏微分方程,可以通过求解该方程得到波函数和量子系统的性质。
量子优化
量子优化是一种使用量子计算机解决优化问题的技术。最著名的量子优化算法是量子退火和量子近似优化算法。这些算法可以解决一些经典优化难以解决的问题,如旅行商问题、背包问题和图着色问题等。然而,实现高效的量子优化算法仍面临许多挑战,如找到合适的启发式方法、处理噪声和误差等。
量子信息中的量子算法与量子优化
解释和预测新材料的物理性质,如超导性和半导体性质等。
量子计算和量子通信是量子力学的重要应用之一,具有比传统计算机和通信更高的效率和安全性。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式,具有比传统计算机更快的计算速度和更高的安全性。量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式,可以保证通信过程中的安全性和机密性。这两个应用具有广泛的应用前景,包括密码学、金融、人工智能等领域。
薛定谔方程
广泛应用于原子、分子和凝聚态物理等领域,可以用于描述物质的量子性质和现象。
薛定谔方程的应用
哈密顿算符与薛定谔方程
03
量子力学中的重要概念
是量子力学中的一种重要运算符号,用于描述量子态之间的线性关系,可以理解为量子态之间的“距离”。
狄拉克括号
是一种量子化方法,通过引入正则变量和其对应的算符,将经典物理中的力学量转化为量子算符,从而建立量子力学中的基本关系。
描述量子系统的状态,可以通过波函数来描述。
量子态与波函数
量子态
一种特殊的函数,可以表示量子系统的状态,并描述量子粒子在空间中的概率分布。
波函数
波函数具有正交性、归一性和相干性等性质,可以用于计算量子系统的性质和演化。
波函数的性质
一种操作符,可以用于描述物理系统的能量和动量等性质。
哈密顿算符
描述量子系统演化的偏微分方程,可以通过求解该方程得到波函数和量子系统的性质。
量子优化
量子优化是一种使用量子计算机解决优化问题的技术。最著名的量子优化算法是量子退火和量子近似优化算法。这些算法可以解决一些经典优化难以解决的问题,如旅行商问题、背包问题和图着色问题等。然而,实现高效的量子优化算法仍面临许多挑战,如找到合适的启发式方法、处理噪声和误差等。
量子信息中的量子算法与量子优化
解释和预测新材料的物理性质,如超导性和半导体性质等。
大学物理第20章量子力学.ppt
1
21
二、氢原子
势能
U
e2 4 0 r
+
r
定态薛定谔方程
2 2 e 2 U E 2m 4 0 r
用球坐标 x r sin cos 通过分离变量将方程分解为 y r sin sin 分别与变量r、、有关的3 y z r cos 个方程。 r z O x 方程有解的条件直接引出了 微观领域里的量子化条件。
To 41
作者 余 虹 22
2019/4/1
1、能量量子化
量子理论:具有确定能量的原 子不辐射电磁波;仅当电子在 不同的“轨道”跃迁或者说在 不同的能级间跃迁时才辐射。 频 率满足 氢原子
6 5
P. S. 4 3 B. S. L. S. -13.6 eV 2 第一
激发态
h En Em
En
x
2019/4/1
作者 余 虹
17
二、势垒穿透 U0 势 垒
1 量 子 理 论 2 3
经 典 理 论
1.E >U0的粒子, 越过势垒。 2.E <U0的粒子, 不能越过势垒。
a
1.E > U0 的粒子,也存在被弹回的概 率—— 反射波。 2.E < U0 的粒子,也可能越过势垒到达3 区—— 隧道效应。 2a 2 m (U 0 E ) 穿透概率
驻波
16
作者 余 虹
一维无限深势阱中粒子的能级、波函数和概率密度
wn n En
n=3
2
En
E 3 9 E1
n
2 3 3 sin x a a
w3
w2
n=2 n=1
E 2 4 E1
大学物理课件-量子力学
二. 康普顿效应(1922—1923年)
1 、康普顿效应实验规律
X射线7.1nm I
=0o
S
石墨晶体
A1 A2
C
W
探测器
B
I
准直系统
散射角
=45o
I
波长变长的散射称为康普顿散射
=90o
I 0
波长不变的散射称为正常散射
=135o
波长的增加量 0与散射角 有关。而与 散射物质的性质无关,与入射光波长也无关。
赖曼系
取 n3
n=3
巴尔末系
n=2 n=1
第四节 粒子的波动性
德布罗意(1892-1960) : 法国人,原来从 事历史研究,受其 兄影响,改学物理 ,1924年获博士学 位,1929年获诺贝 尔物理奖。1932年 任巴黎大学物理教 授,1933年被选为 法国科学院院士。
第三节 玻尔的氢原子理论
一. 氢原子光谱的实验规律
H
连 续
H
H
H
3645.7A0 4101.2 4340.1 4860.7 (线系限)(紫色) (蓝色) (绿色)
H
6562.1 (红色)
谱线是线状分立的
巴尔末公式(1885年)
B
n2 n2
4
,
n 3,4,5,6,
B=3645.7A0
~ 1
c
n0
0
2h sin2 mec
2
康普顿波长
该式说明了与散射物质无关,与入射光波长也 无关。
康普顿散射进一步证实了光子论,证明了光子能 量、动量表示式的正确性,光确实具有波粒两象 性. 另外证明在光电相互作用的过程中严格遵守能 量、动量守恒定律。
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▲
信息技术的物理基础 ——量子力学、固体物理和近代光学
7
第一章 波粒二象性
(Wave-particle duality)
8
本章目录
§1.1黑体辐射
△ §1.2光电效应(自学)
§1.3光子、光的二象性 §1.4 康普顿效应 §1.5 实物粒子的波动性 §1.6 概率波与概率幅 §1.7不确定关系
9
12
红外照相机拍摄的人的头部的热图 热的地方显白色,冷的地方显黑色
13
中国第一张红外照片(熊大缜于1935年在 清华大学气象台顶上拍摄的北京西山夜景) 14
鸟的羽毛的颜色是不是热辐射?
15
2. 平衡热辐射 加热一物体,若物体所吸收的能量等于在 同一时间内辐射的能量,则物体的温度恒定。 这种温度不变的热辐射称之为平衡热辐射。 3. 光谱辐出度(单色辐出度)M (monochromatic energy density of radiation) M —单位时间内,从物体单位表面发出的频 率在 附近单位频率间隔内的电磁波的能量。 d E ( d (单位时间内) ) T M 取决于 T , ,物 d E ( T ) 单位面积 M 质种类和表面情况 d
二. 热辐射的基本概念
1. 热辐射(hea,辐射的波长(或频率)也不同, 例如:加热铁块, 温度,铁块颜色由看
不出发光 暗红 橙色 黄白色 蓝白色
这种与温度有关的电磁辐射,称为热辐射。
并不是所有发光现象都是热辐射,例如:
1. 黑体:能完全吸收各种波长电磁波而无反射
黑体是理想化模型, 的物体, 即 1 的物体。 即使是煤黑、黑珐琅对太阳光的 也小于 99%。
维恩设计的黑体 —— 小孔空腔 电磁波射入小孔后, 很难再从小孔中射出。 演示 黑体模型(KG041)
18
2. 基尔霍夫(Kirchhoff)辐射定律:
M-M实验 相对论
黑体辐射 量子论
3
人类跨入20世纪的时候, 物理学也开始了 新的纪元 ——从经典物理走向了近代物理。 近代物理(20世纪)包括: ▲ 相对论 1905 狭义相对论 1916 广义相对论 —— 引力、天体 ▲ 量子力学 ▴ 旧量子论的形成: 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 电磁辐射能量量子化 1913 N.Bohr 原子能量量子化 4
▴ 量子力学的建立:
1924 1925 1926 1927
de Broglie 电子具有波动性 Heisenberg 矩阵力学 Schroedinger 波动方程 Davisson, G.P.Thomson 电子衍射实验
1928 Dirac 相对论波动方程
▴ 量子力学的进一步发展:
量子力学 原子、分子、原子核、固体 量子电动力学(QED) 电磁场 量子场论 原子核和粒子
当时,著名的英国物理学家J.J.汤姆孙曾说道: 后辈物理学家只要 “物理学的大厦已基本建成,
做些修补工作就行了。 ”
2
却发现 然而在人类即将跨入20世纪的时候, 了某些无法用经典理论解释的实验现象 ——
M-M实验“零结果” 和热辐射“紫外灾难”。
1900年,Kelvin在新千年的祝词中把此称为是 晴朗的物理学天空中出现的“两朵乌云”。 这些矛盾迫使人们跳出传统的物理学框架, 去寻找新的解决途径。
激光 、 日光灯发光就不是热辐射。
11
任何物体(气、液、固)在任何温度下, 都会有热辐射。 热辐射波谱是连续谱, 各种波长(频率)都有,
但是强度不同。 热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关, 温度 短波长的电磁波的比例 。 低温物体发出的是红外光,
炽热物体发出的是可见光,
极高温物体发出的是紫外光。
§1.1黑体辐射(Black-body radiation)
一. 热辐射理论发展的背景 ①提高照明效率 ▲ 科技发展的需要:
②研究高温测量 ③测星体表面温度 ④电磁波谱的研究
▲
“紫外灾难” 理论上出现了矛盾:
德国物理学家劳厄(Laue)当时评论道:
“热力学和光学已发展到这样的程度,以至于它们俩 的结合,能够产生一个婴儿, 它注定会引起物理学 的最大革命。” 10
16
4.(总)辐出度(总发射本领)M(T) (radiant exitance)
M (T ) M (T )d
0
单位:w/m2
5. 单色吸收比(率) (T) (monochromatic absorptance)
(T )
d E (吸 收) d E ( 入 射)
17
三.黑体(black body)
量子物理
(Quantum Physics)
第一章 波粒二象性 第二章 薛定谔方程 第三章 原子中的电子 第四章 固体中的电子 *第五章 粒子物理简介
1
引 言
十九世纪末,经典物理已发展得相当成熟, 人们认为,对物理现象本质的认识已经完成。
海王星的发现( 1846在Leverrier“笔尖下
和电磁理论对波动光学的成功解释, 看到的”) 更使人感到经典物理似乎可以解决所有问题。
演示 黑色的M 和 均较白色的大(KG040) 思考 非洲沙漠人为何穿黑袍?
1 2 黑 T
3
在平衡热辐射时,有规律:
M i
i
M 黑 体 与材料无关
这表明: 1)黑体光谱辐出度最大 2)好的辐射体也是好的吸收体 3)若M 黑体已知,则 M
利用黑体可撇开材料的具体性质,来普遍 地研究热辐射本身的规律。
19
一个黑白花盘子的两张照片
室温下,反射光
1100K,自身辐射光
5
正如杨振宁在《爱因斯坦对理论物理学的 影响》一文(1979)所说:
“在本世纪初,发生了三次概念上的革命, 它们深刻地改变了人们对物理世界的了解,这
就是狭义相对论(1905)、广义相对论(1916)
和量子力学(1925)。”
6
在量子物理的学习中要处理好三个关系: 形象和抽象 —— 注意培养抽象思维能力 ▲ 演绎和归纳 —— 注意学习归纳法培养创造性思维 ▲ 物理和技术 —— 学习应用物理原理在技术上创新 物理学是高新技术的基础和先导:
信息技术的物理基础 ——量子力学、固体物理和近代光学
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第一章 波粒二象性
(Wave-particle duality)
8
本章目录
§1.1黑体辐射
△ §1.2光电效应(自学)
§1.3光子、光的二象性 §1.4 康普顿效应 §1.5 实物粒子的波动性 §1.6 概率波与概率幅 §1.7不确定关系
9
12
红外照相机拍摄的人的头部的热图 热的地方显白色,冷的地方显黑色
13
中国第一张红外照片(熊大缜于1935年在 清华大学气象台顶上拍摄的北京西山夜景) 14
鸟的羽毛的颜色是不是热辐射?
15
2. 平衡热辐射 加热一物体,若物体所吸收的能量等于在 同一时间内辐射的能量,则物体的温度恒定。 这种温度不变的热辐射称之为平衡热辐射。 3. 光谱辐出度(单色辐出度)M (monochromatic energy density of radiation) M —单位时间内,从物体单位表面发出的频 率在 附近单位频率间隔内的电磁波的能量。 d E ( d (单位时间内) ) T M 取决于 T , ,物 d E ( T ) 单位面积 M 质种类和表面情况 d
二. 热辐射的基本概念
1. 热辐射(hea,辐射的波长(或频率)也不同, 例如:加热铁块, 温度,铁块颜色由看
不出发光 暗红 橙色 黄白色 蓝白色
这种与温度有关的电磁辐射,称为热辐射。
并不是所有发光现象都是热辐射,例如:
1. 黑体:能完全吸收各种波长电磁波而无反射
黑体是理想化模型, 的物体, 即 1 的物体。 即使是煤黑、黑珐琅对太阳光的 也小于 99%。
维恩设计的黑体 —— 小孔空腔 电磁波射入小孔后, 很难再从小孔中射出。 演示 黑体模型(KG041)
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2. 基尔霍夫(Kirchhoff)辐射定律:
M-M实验 相对论
黑体辐射 量子论
3
人类跨入20世纪的时候, 物理学也开始了 新的纪元 ——从经典物理走向了近代物理。 近代物理(20世纪)包括: ▲ 相对论 1905 狭义相对论 1916 广义相对论 —— 引力、天体 ▲ 量子力学 ▴ 旧量子论的形成: 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 电磁辐射能量量子化 1913 N.Bohr 原子能量量子化 4
▴ 量子力学的建立:
1924 1925 1926 1927
de Broglie 电子具有波动性 Heisenberg 矩阵力学 Schroedinger 波动方程 Davisson, G.P.Thomson 电子衍射实验
1928 Dirac 相对论波动方程
▴ 量子力学的进一步发展:
量子力学 原子、分子、原子核、固体 量子电动力学(QED) 电磁场 量子场论 原子核和粒子
当时,著名的英国物理学家J.J.汤姆孙曾说道: 后辈物理学家只要 “物理学的大厦已基本建成,
做些修补工作就行了。 ”
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却发现 然而在人类即将跨入20世纪的时候, 了某些无法用经典理论解释的实验现象 ——
M-M实验“零结果” 和热辐射“紫外灾难”。
1900年,Kelvin在新千年的祝词中把此称为是 晴朗的物理学天空中出现的“两朵乌云”。 这些矛盾迫使人们跳出传统的物理学框架, 去寻找新的解决途径。
激光 、 日光灯发光就不是热辐射。
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任何物体(气、液、固)在任何温度下, 都会有热辐射。 热辐射波谱是连续谱, 各种波长(频率)都有,
但是强度不同。 热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关, 温度 短波长的电磁波的比例 。 低温物体发出的是红外光,
炽热物体发出的是可见光,
极高温物体发出的是紫外光。
§1.1黑体辐射(Black-body radiation)
一. 热辐射理论发展的背景 ①提高照明效率 ▲ 科技发展的需要:
②研究高温测量 ③测星体表面温度 ④电磁波谱的研究
▲
“紫外灾难” 理论上出现了矛盾:
德国物理学家劳厄(Laue)当时评论道:
“热力学和光学已发展到这样的程度,以至于它们俩 的结合,能够产生一个婴儿, 它注定会引起物理学 的最大革命。” 10
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4.(总)辐出度(总发射本领)M(T) (radiant exitance)
M (T ) M (T )d
0
单位:w/m2
5. 单色吸收比(率) (T) (monochromatic absorptance)
(T )
d E (吸 收) d E ( 入 射)
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三.黑体(black body)
量子物理
(Quantum Physics)
第一章 波粒二象性 第二章 薛定谔方程 第三章 原子中的电子 第四章 固体中的电子 *第五章 粒子物理简介
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引 言
十九世纪末,经典物理已发展得相当成熟, 人们认为,对物理现象本质的认识已经完成。
海王星的发现( 1846在Leverrier“笔尖下
和电磁理论对波动光学的成功解释, 看到的”) 更使人感到经典物理似乎可以解决所有问题。
演示 黑色的M 和 均较白色的大(KG040) 思考 非洲沙漠人为何穿黑袍?
1 2 黑 T
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在平衡热辐射时,有规律:
M i
i
M 黑 体 与材料无关
这表明: 1)黑体光谱辐出度最大 2)好的辐射体也是好的吸收体 3)若M 黑体已知,则 M
利用黑体可撇开材料的具体性质,来普遍 地研究热辐射本身的规律。
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一个黑白花盘子的两张照片
室温下,反射光
1100K,自身辐射光
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正如杨振宁在《爱因斯坦对理论物理学的 影响》一文(1979)所说:
“在本世纪初,发生了三次概念上的革命, 它们深刻地改变了人们对物理世界的了解,这
就是狭义相对论(1905)、广义相对论(1916)
和量子力学(1925)。”
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在量子物理的学习中要处理好三个关系: 形象和抽象 —— 注意培养抽象思维能力 ▲ 演绎和归纳 —— 注意学习归纳法培养创造性思维 ▲ 物理和技术 —— 学习应用物理原理在技术上创新 物理学是高新技术的基础和先导: