早期量子理论1热辐射光电效应
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1923 de Broglie 电子具有波动性 1926 - 27 Davisson, G.P.Thomson
电子衍射实验 1925 Heisenberg 矩阵力学 1926 Schroedinger 波动方程 1928 Dirac 相对论波动方程
4
C、量子力学的进一步发展（应用、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 进一步认识的问题．．．．
3）能量子吸收和发射能量的最小值为 ? ? h?
h ? 6.6260755 ? 10 ?34 J ?s，称作普朗克常
?为谐振子的频率
22
基本物理思想： ?辐射黑体中的分子 原子可看作线性谐振子 ?振动时向外辐射能量（也可吸收能量） ?普朗克能量子假定： 振子的能量不连续
E = n ? n = 1, 2 , 3... ? = h? － 能量子
量子物理
1
近代物理学概论
近代物理学，大体说来，是相对于20 世纪以前，以牛顿力学、热力学和麦 克斯韦电磁学为核心的经典物理学而 言的。近代物理学的研究对象，包括 各种聚集态物质的微观结构，原子、 原子核、基本粒子、等等各个层次内 部结构以及它们的相互作用和运动变 化的规律等。它的两大支柱是相对论 和量子力学。
24
实验物理学家鲁本斯（Rubens ）把它同最 新的实验结果比较 发现：
在全波段与 实验结果惊 人符合
25
六、量子假说的意义及其与宏观现象的关系
E = n? n = 1,2,3... ? = h?
向远处观察打开 的窗子 近似黑体
15
2.黑体辐射实验规律 1) 实验规律一 维恩位移定律： 在温度为T的黑体辐射中，单色辐出度的最大
值所对应的波长 ? m 由下式
决定：
?mT ? b
b= 2.898×10-3 m.K
物理意义: 温度升高,辐出度最强的电磁波波长变短 .16
2)实验规律二 斯特藩 - 玻耳兹曼定律： 黑体在一定温度下的总辐出度由下式决定：
11
2. 描述热辐射的基本物理量
1) 单色辐出度：
①定义： 单位时间内从物体单位表面发出的波
长在? 附近单位波长间隔内的能量。
②公式：
M?
?
dM ?
d?
T
dM ?
? ? ? ? dλ
单位面积
（单位时间内）
12
2) Baidu Nhomakorabea辐出度 (总辐射本领) ①定义：单位时间从物体单位表面积上所发
射的各种波长的总辐射能。 ②公式：
物理学晴朗天空中的一朵乌云!
20
四、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
M.Planck 德国人
1858－1947
21
1.普朗克的能量子假说 内容：
1）辐射体是由许多带电的线性谐振子（如 分子、原子的振动）所组成的，
? 2）谐振子所具有的能量只能是最小能量
（叫作能量子）的整数倍，即
E ? n?, n ? 1,2,3,?
7
敲开量子物理大门的首要问题 是 关于光的本质的认识
光具有波动性 已被大量实验证明 但 与物质相互作用的大量实验
使经典的波动理论遇到无法克服的困难 论述由此展开
8
量子物理初步 §1 热辐射和普朗克的能量子假说 §2 光电效应和爱因斯坦的光量子论 §3 德布罗意波与电子衍射实验 §4 不确定关系 ＊§5薛定谔方程
5
本课程的主要教学内容： 量子理论的基本概念 量子力学解决问题的基本思路和方法 对象的特点：
1) 微观：对象线度小 活动范围小 10?9 米
2) 粒子除了具有粒子性 还具有明显的波动性 3) 粒子的能量 角动量等物理量取值分立
完全脱离了经典物理的模式
6
讲课思路： 1)突破性的实验 实验规律（应掌握） 经典理论的困难 假设 确立新理论 2)实物粒子的波粒二象性 及量子力学解决问 题的基本方法 3)证明量子理论的一些重要实验（应掌握） 4)量子力学的应用举例
M (T ) ? ? T 4
? = 5.67? 10-8 W/m2K4
例题 12.1；12.2
曲线与横轴围的面
积就是M(T)
17
三、经典物理学遇到的困难
如何从理论上找到符合实验的函数式? 理论物理学家做了艰苦地努力
1.维恩公式
1896年维恩从经典热力学理论 及实验数据的分析得出
M? (T ) ? ?? 3e? ?? /T
?
M(T) ? ?M? (T )d? 0
单位：w/m2
13
二、 黑体辐射的实验规律 1. 研究热辐射的理想模型 -- 黑体 1）定义：
如果一个物体在任何温度下，都能全部吸收任 何波长的入射电磁波，而没有反射，这个物体 就叫做绝对黑体，简称黑体。黑体所发出的辐 射，称为黑体辐射。
14
2）黑体模型
空腔上的小孔 炼钢炉上的小洞
? ? 为常数
短波方向与实验符合较好
18
2. 瑞利-金斯公式 1900年从经典电动力学和统计物理学理论 推导而得
M?
(T )
?
2π? 2
c2
kT
k ? 1.380658 ? 10?23 J ?K ?1
长波方向与实验符合较好 短波方向得出灾难性的结论 “紫外灾难”－经典物理有难
19
由经典理论导出的 M? (T)～? 公式都与实验 结果不符合！
?物体发射或吸收电磁辐射时 交换能量
的最小单位是“能量子” ? = h?
? E ? (? n)h? 23
由此得到了： 2. 普朗克的热辐射公式：
M? (T ) ?
2πh c2
?3
eh? / kT
?1
h ? 6.63? 10?34 J?s
? 大时:
维恩公式
? 小时:
瑞利-金斯公式
普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖
2
近代物理（20世纪） ? 相对论 1905 狭义相对论 1916 广义相对论 － 引力、天体 ? 量子力学 A 旧量子论的形成（冲破经典－量子假说） 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 电磁辐射能量量子化
3
1913 N.Bohr 原子能量量子化 B、量子力学的建立（崭新概念）
9
§1 黑体辐射和能量子假说 一、 热辐射 二、黑体辐射的实验规律 三、经典物理学遇到的困难 四、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 五、量子假说的意义及其与宏观现象的关系
10
一、 热辐射
1. 热辐射的定义： 物体在任何温度下都向周围空间发射各 种波长的电磁辐射,称为热辐射。 一定时间内物体辐射的电磁波的能量的 多少及频率的分布均与物体的温度有关。
电子衍射实验 1925 Heisenberg 矩阵力学 1926 Schroedinger 波动方程 1928 Dirac 相对论波动方程
4
C、量子力学的进一步发展（应用、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 进一步认识的问题．．．．
3）能量子吸收和发射能量的最小值为 ? ? h?
h ? 6.6260755 ? 10 ?34 J ?s，称作普朗克常
?为谐振子的频率
22
基本物理思想： ?辐射黑体中的分子 原子可看作线性谐振子 ?振动时向外辐射能量（也可吸收能量） ?普朗克能量子假定： 振子的能量不连续
E = n ? n = 1, 2 , 3... ? = h? － 能量子
量子物理
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近代物理学概论
近代物理学，大体说来，是相对于20 世纪以前，以牛顿力学、热力学和麦 克斯韦电磁学为核心的经典物理学而 言的。近代物理学的研究对象，包括 各种聚集态物质的微观结构，原子、 原子核、基本粒子、等等各个层次内 部结构以及它们的相互作用和运动变 化的规律等。它的两大支柱是相对论 和量子力学。
24
实验物理学家鲁本斯（Rubens ）把它同最 新的实验结果比较 发现：
在全波段与 实验结果惊 人符合
25
六、量子假说的意义及其与宏观现象的关系
E = n? n = 1,2,3... ? = h?
向远处观察打开 的窗子 近似黑体
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2.黑体辐射实验规律 1) 实验规律一 维恩位移定律： 在温度为T的黑体辐射中，单色辐出度的最大
值所对应的波长 ? m 由下式
决定：
?mT ? b
b= 2.898×10-3 m.K
物理意义: 温度升高,辐出度最强的电磁波波长变短 .16
2)实验规律二 斯特藩 - 玻耳兹曼定律： 黑体在一定温度下的总辐出度由下式决定：
11
2. 描述热辐射的基本物理量
1) 单色辐出度：
①定义： 单位时间内从物体单位表面发出的波
长在? 附近单位波长间隔内的能量。
②公式：
M?
?
dM ?
d?
T
dM ?
? ? ? ? dλ
单位面积
（单位时间内）
12
2) Baidu Nhomakorabea辐出度 (总辐射本领) ①定义：单位时间从物体单位表面积上所发
射的各种波长的总辐射能。 ②公式：
物理学晴朗天空中的一朵乌云!
20
四、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
M.Planck 德国人
1858－1947
21
1.普朗克的能量子假说 内容：
1）辐射体是由许多带电的线性谐振子（如 分子、原子的振动）所组成的，
? 2）谐振子所具有的能量只能是最小能量
（叫作能量子）的整数倍，即
E ? n?, n ? 1,2,3,?
7
敲开量子物理大门的首要问题 是 关于光的本质的认识
光具有波动性 已被大量实验证明 但 与物质相互作用的大量实验
使经典的波动理论遇到无法克服的困难 论述由此展开
8
量子物理初步 §1 热辐射和普朗克的能量子假说 §2 光电效应和爱因斯坦的光量子论 §3 德布罗意波与电子衍射实验 §4 不确定关系 ＊§5薛定谔方程
5
本课程的主要教学内容： 量子理论的基本概念 量子力学解决问题的基本思路和方法 对象的特点：
1) 微观：对象线度小 活动范围小 10?9 米
2) 粒子除了具有粒子性 还具有明显的波动性 3) 粒子的能量 角动量等物理量取值分立
完全脱离了经典物理的模式
6
讲课思路： 1)突破性的实验 实验规律（应掌握） 经典理论的困难 假设 确立新理论 2)实物粒子的波粒二象性 及量子力学解决问 题的基本方法 3)证明量子理论的一些重要实验（应掌握） 4)量子力学的应用举例
M (T ) ? ? T 4
? = 5.67? 10-8 W/m2K4
例题 12.1；12.2
曲线与横轴围的面
积就是M(T)
17
三、经典物理学遇到的困难
如何从理论上找到符合实验的函数式? 理论物理学家做了艰苦地努力
1.维恩公式
1896年维恩从经典热力学理论 及实验数据的分析得出
M? (T ) ? ?? 3e? ?? /T
?
M(T) ? ?M? (T )d? 0
单位：w/m2
13
二、 黑体辐射的实验规律 1. 研究热辐射的理想模型 -- 黑体 1）定义：
如果一个物体在任何温度下，都能全部吸收任 何波长的入射电磁波，而没有反射，这个物体 就叫做绝对黑体，简称黑体。黑体所发出的辐 射，称为黑体辐射。
14
2）黑体模型
空腔上的小孔 炼钢炉上的小洞
? ? 为常数
短波方向与实验符合较好
18
2. 瑞利-金斯公式 1900年从经典电动力学和统计物理学理论 推导而得
M?
(T )
?
2π? 2
c2
kT
k ? 1.380658 ? 10?23 J ?K ?1
长波方向与实验符合较好 短波方向得出灾难性的结论 “紫外灾难”－经典物理有难
19
由经典理论导出的 M? (T)～? 公式都与实验 结果不符合！
?物体发射或吸收电磁辐射时 交换能量
的最小单位是“能量子” ? = h?
? E ? (? n)h? 23
由此得到了： 2. 普朗克的热辐射公式：
M? (T ) ?
2πh c2
?3
eh? / kT
?1
h ? 6.63? 10?34 J?s
? 大时:
维恩公式
? 小时:
瑞利-金斯公式
普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖
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近代物理（20世纪） ? 相对论 1905 狭义相对论 1916 广义相对论 － 引力、天体 ? 量子力学 A 旧量子论的形成（冲破经典－量子假说） 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 电磁辐射能量量子化
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1913 N.Bohr 原子能量量子化 B、量子力学的建立（崭新概念）
9
§1 黑体辐射和能量子假说 一、 热辐射 二、黑体辐射的实验规律 三、经典物理学遇到的困难 四、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 五、量子假说的意义及其与宏观现象的关系
10
一、 热辐射
1. 热辐射的定义： 物体在任何温度下都向周围空间发射各 种波长的电磁辐射,称为热辐射。 一定时间内物体辐射的电磁波的能量的 多少及频率的分布均与物体的温度有关。