量子力学产生的历史背景
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研究成果.这一天就作为量子力学的诞生日.
普朗克假定:
原子振动辐射的电磁波的能量 E 服从玻尔兹曼分布 是分立的, i.e., E nh , (n 0,1,2,...) 同时,积分变为求和
h为普朗克常数
8 h U (T , ) c3
3 h exp 1 kT
Louis de Broglie假定: 所有微观粒子都具有波粒二象性 . 即 具有确定能量 E, 动量P的粒子,描写其波 动性的波具有确定的波长和频率 ,且
E h P h / k
问题: 1. 如何进行实验检验 ? 2. 为何通常经典物理描写的粒子的运 动没发现波动性 ?
为解决经典物理遇到的困难，1900年10月19 日， 普朗克给出了一个黑体辐射的两参数经验公式
U ( T , )
c1 3 exp c 2 1 T
这个公式取得了成功 ,问题: 它为何能解释实验,有没 有更深刻的物理意义隐含其中? 普朗克对此进行了深入 年12 月14 日在德国物理学年会上宣布了自己的 研究,于1900 1900年 12月 14日
爱因斯坦假定: 如果振子的能量是量子化的,那么产生光 的电磁场的能量也应该是量子化的,即频率为v的光是由 E hv, P h / 的光量子组成的.光具有波粒二象性.
这样就解释了光电效应!! (略)
$3. Niels Bohr 的原子结构模型
1913年, Bohr 提出了一个激进的假设
电子绕核的轨道角动量是量子化的;
L vr n, n 1,2,3,4...
能量一定的态是定态,处于定态的原子是稳定的,不辐射; 当电子由 E n E m
态跃迁时,辐射光子,且 mn Em E n
局限性:
重原子与实验符合不好; 量子化条件是假设
$4. Louis de Broglie 的物质波假设
光电效应与爱因斯坦的光量子假说
光电效应: 光照射到金属表面,电子由金属表面逸 出的现象.逸出的电子称为光电子.
经典物理的解释:若电子受电磁波的作用获得足够大的 能量(大于金属表面对电子的束缚能),电子就逸出. 显然: 1. 与光的频率无关; 2.光强大,光电子的能量大,且无上限; 3.光强小,只要照射时间足够长,就可产生光电子 实验结果: 1.对一定金属,存在一临界频率 ; 2.光电子的最大能量由照射光的频率决定 ; 3.与光强无关
电磁学 光
学
辉煌的科学大厦建立了！！
1900年4月英国物理学家 Lord Kelvin在“遮盖在热和光的 动力理论上的19世纪乌云”的演讲中说：
在已经基本建成的科学大厦中，后 辈物理学家似乎只要做一些零零碎 碎的修补工作就行了，但是在物 理学晴朗天空的远处，还飘着两
朵小小的、令人不安的乌云
2. 以太飘移
黑体辐射的能谱特点 : 1. U的峰值随T升高 2. T一定,
0 0 U(T, ) : 0
经典电磁和统计理论 (瑞利-金斯公式 ):
8 2 kT U (T , ) c3
显然,低能时与实验符合 , 而 时与实验 不符,称之为“紫外灾难”.
1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体进行 电子衍射实验，证实电子具有波动性。 任何微观粒子都具有 波粒二象性是量子力 学的出发点. 量子力 学是现代科学的基础!
如果你没有学过量子力学 ,你的科学观念就没有进入 如果你没有学过量子力学, ; 如果你只学了量子力学 , 你的科学观念就 二十世纪; 二十世纪 如果你只学了量子力学, 1928 年; 当你学过量子场论后 , 你才发现今后的 到了1928 到了 1928年 当你学过量子场论后, 路还很长… …
两朵小小的乌云： 1. 紫外灾难
量子力学的诞生 狭义相对论的诞生
乌云变为彩霞
$2.经典物理学遇到的困难
黑体辐射 光电效应 固体原子比热 散射光波长变长 原子的稳定结构与线状光谱
$3.量子力学的诞生
黑体辐射与Planck的量子假定
黑体：能将照射它上面的光 (电磁波 )全部吸收的物体 黑体：能将照射它上面的光( 电磁波) 0的物体都有热辐射 热辐射：任何绝对温度不为0 热辐射：任何绝对温度不为
第一章
量子力学产生 的历史背景
经典物理学的伟大成就 经典物理学遇到的困难 量子力学的诞生 Niels Bohr 的原子结构模型
（旧量子论） Louis de Broglie 的物质波假设
$1. 经典物理学的伟大成就
19世纪末，经典物理学的理论体系已经建立：
力 热
学 学
牛顿三定律：机械运动的基本规律 牛顿万ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引力定律：宏观物体间相互作用规律 热力学第零定律：温度存在 热力学第一定律：能量守恒 热力学第二定律：第二种永动机不可能 热力学第三定律：绝对零度不可能达到 统计物理学 Maxwell 电磁理论 Lorentz 力规律 Maxwell 电磁理论 光是电磁波
普朗克假定:
原子振动辐射的电磁波的能量 E 服从玻尔兹曼分布 是分立的, i.e., E nh , (n 0,1,2,...) 同时,积分变为求和
h为普朗克常数
8 h U (T , ) c3
3 h exp 1 kT
Louis de Broglie假定: 所有微观粒子都具有波粒二象性 . 即 具有确定能量 E, 动量P的粒子,描写其波 动性的波具有确定的波长和频率 ,且
E h P h / k
问题: 1. 如何进行实验检验 ? 2. 为何通常经典物理描写的粒子的运 动没发现波动性 ?
为解决经典物理遇到的困难，1900年10月19 日， 普朗克给出了一个黑体辐射的两参数经验公式
U ( T , )
c1 3 exp c 2 1 T
这个公式取得了成功 ,问题: 它为何能解释实验,有没 有更深刻的物理意义隐含其中? 普朗克对此进行了深入 年12 月14 日在德国物理学年会上宣布了自己的 研究,于1900 1900年 12月 14日
爱因斯坦假定: 如果振子的能量是量子化的,那么产生光 的电磁场的能量也应该是量子化的,即频率为v的光是由 E hv, P h / 的光量子组成的.光具有波粒二象性.
这样就解释了光电效应!! (略)
$3. Niels Bohr 的原子结构模型
1913年, Bohr 提出了一个激进的假设
电子绕核的轨道角动量是量子化的;
L vr n, n 1,2,3,4...
能量一定的态是定态,处于定态的原子是稳定的,不辐射; 当电子由 E n E m
态跃迁时,辐射光子,且 mn Em E n
局限性:
重原子与实验符合不好; 量子化条件是假设
$4. Louis de Broglie 的物质波假设
光电效应与爱因斯坦的光量子假说
光电效应: 光照射到金属表面,电子由金属表面逸 出的现象.逸出的电子称为光电子.
经典物理的解释:若电子受电磁波的作用获得足够大的 能量(大于金属表面对电子的束缚能),电子就逸出. 显然: 1. 与光的频率无关; 2.光强大,光电子的能量大,且无上限; 3.光强小,只要照射时间足够长,就可产生光电子 实验结果: 1.对一定金属,存在一临界频率 ; 2.光电子的最大能量由照射光的频率决定 ; 3.与光强无关
电磁学 光
学
辉煌的科学大厦建立了！！
1900年4月英国物理学家 Lord Kelvin在“遮盖在热和光的 动力理论上的19世纪乌云”的演讲中说：
在已经基本建成的科学大厦中，后 辈物理学家似乎只要做一些零零碎 碎的修补工作就行了，但是在物 理学晴朗天空的远处，还飘着两
朵小小的、令人不安的乌云
2. 以太飘移
黑体辐射的能谱特点 : 1. U的峰值随T升高 2. T一定,
0 0 U(T, ) : 0
经典电磁和统计理论 (瑞利-金斯公式 ):
8 2 kT U (T , ) c3
显然,低能时与实验符合 , 而 时与实验 不符,称之为“紫外灾难”.
1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体进行 电子衍射实验，证实电子具有波动性。 任何微观粒子都具有 波粒二象性是量子力 学的出发点. 量子力 学是现代科学的基础!
如果你没有学过量子力学 ,你的科学观念就没有进入 如果你没有学过量子力学, ; 如果你只学了量子力学 , 你的科学观念就 二十世纪; 二十世纪 如果你只学了量子力学, 1928 年; 当你学过量子场论后 , 你才发现今后的 到了1928 到了 1928年 当你学过量子场论后, 路还很长… …
两朵小小的乌云： 1. 紫外灾难
量子力学的诞生 狭义相对论的诞生
乌云变为彩霞
$2.经典物理学遇到的困难
黑体辐射 光电效应 固体原子比热 散射光波长变长 原子的稳定结构与线状光谱
$3.量子力学的诞生
黑体辐射与Planck的量子假定
黑体：能将照射它上面的光 (电磁波 )全部吸收的物体 黑体：能将照射它上面的光( 电磁波) 0的物体都有热辐射 热辐射：任何绝对温度不为0 热辐射：任何绝对温度不为
第一章
量子力学产生 的历史背景
经典物理学的伟大成就 经典物理学遇到的困难 量子力学的诞生 Niels Bohr 的原子结构模型
（旧量子论） Louis de Broglie 的物质波假设
$1. 经典物理学的伟大成就
19世纪末，经典物理学的理论体系已经建立：
力 热
学 学
牛顿三定律：机械运动的基本规律 牛顿万ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引力定律：宏观物体间相互作用规律 热力学第零定律：温度存在 热力学第一定律：能量守恒 热力学第二定律：第二种永动机不可能 热力学第三定律：绝对零度不可能达到 统计物理学 Maxwell 电磁理论 Lorentz 力规律 Maxwell 电磁理论 光是电磁波