从经典力学到早期量子论(ppt 48页)
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第一章 量子力学基础1.1 从经典力学到早期量子论
克常数(h=6.626×10-34 J· s)，这一创造性的工作使他 成为量子理论的奠基者，在物理学发展史上具有划时代的意 义。他第一次提出辐射能量的不连续性，著名科学家爱因斯 坦接受并补充了这一理论，以此发展自己的相对论，玻尔也 曾用这一理论解释原子结构。量子假说使普朗克获得1918年 诺贝尔物理奖。
验公式（后被J.R.Rydberg表示成如下的波数形式）,并正确地推断 该式可推广之(式中n1、n2均为正整数):
~ 1 1 R( 2 2 ) n1 n2
1
20 世纪初， F.Paschen(1908 年 ) 、 F.S.Brackett (1922 年 ) 、 H.A.Pfund (1924年)等在红外区, Lyman (1916年)在远紫外区发 现的几组谱线，都可用下列一般公式表示:
光电效应是光照在金属表面上，金属发射出电子的现象。
1.只有当照射光的频率超过某个最小频率（即临阈频率） 时，金属才能发射光电子，不同金属的临阈频率不同。 2.随着光强的增加，发射的电子数也增加，但不影响光 电子的动能。 3.增加光的频率，光电子的动能也随之增加。
光电子的动能显然来自光能. 按照经典波动理论, 光能取决于光强度即振幅平方,与频率无关. 显然, 经典波动理论完全不能解释光电效应的实验事实.
e
2 2 4
~ h E2 E1 hc / hc
4 1 1 1 1 E E me ~ 2 1 2 3 2 R 2 2 2 hc 8 0 h c n1 n2 n n 2 1
此式与氢原子光谱的经验公式完全相符，R即为Rydberg（里德 堡）常数。
由Bohr模型, 结合经典力学运动定律, 可解出Rydberg
第16章早期量子论优秀课件
Mb(,T)
2πhc2
hc
5(ekBT 1)
式中: h6 .6 2 6 1 3 04 Js —— 普朗克常数
普朗克公式的得来,起初是半经验的,即利用内插法将适用 于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利—金斯公式衔接起来, 在得到了公式后,普朗克才设法从理论上去论证它.
2. 经典理论的基本观点
(1) 电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动 频率相同.
普朗克引入了“能量子”的假设, 标志着量子物理学的 诞生, 具有划时代的意义. 但是由于这个假设对经典物理学致 命的打击, 所以他同时代的那些物理学家对这一观念都表示 疑惑不解, 甚至怀疑. 洛伦兹说：
“关于辐射量子问题的讨论使科学家们都陷在死胡同里了.”
普朗克本人也由于受传统的经典观念影响太深, 对自己 提出的 “能量子” 思想违反了经典的连续性概念而烦恼和 后悔. 并一直试图用连续性代替不连续性, 回到经典范畴. 经 过十多年徒劳的努力后, 他才相信能量子假设是正确的, 作 用量子 h 反映了新理论的本质.
1900年12月24日，普朗克在法国物 理学会的圣诞会上宣读了题为《关于正 常光谱的能量分布定律》的论文，提出 了与经典物理学格格不入的能量量子化 假设：
h
普朗克获1918年度诺贝尔物理学奖.
意义： 普朗克假说不仅圆满地解释了黑体辐射问题, 还解释了
固体的比热等问题, 成为现代量子理论的重要组成部分.
16.2 光电效应和光的量子性
16.2.1 光电效应
背景:
1887年赫兹在做火 花放电的实验时，发现 加有高电压的金属板被 光照射时，附近的空气 会变成导电的.
《紫外光对放电的影响》
1. 实验装置
光电管 K
第16章早期量子论课件
A. 光在空间中传播时，也具有粒子性。
一束光就是以光速c运动的粒子流，这种粒子 称为光子。 B. 不同频率的光，其光子的能量不同。
频率为 的光的光子能量为 E =h
按此假说，一束光有n个光子，则该束光的光强
I光强 nh c
15
按照光子假说：
a. 光经过单缝衍射后，在光屏上的光强分布曲线 就可以理解为光子的堆积曲线。
1 / kT
1
T=1646k
7
§16.2 爱因斯坦的光子理论
一. 光电效应的实验定律
当光照射在阴极K(金属)时，就有电子从阴极从表 面逸出。
这一现象称作光电效应现象。
-
IA
K
这种电子叫光电子。 在电场的作用下，光
A V
电源
电子由K奔向阳极A，形 成光电流。
8
当加速电压增加到一定值时，光电流达到一饱和
的图是 I
(D)
I
(A)
(B)
o
U
I
o
U
I
(C)
o
U
(D)
o
28
U
原因说明:
因增大照射光的频率，光电子的动能增大; 光电子的动能增大，遏止电压的数值增大。
I光强 nh c 光强 I 光强 不变，增大,
光子数n减少。 光电子数减少，饱和光电流减小。
I电流 neS
29
例2-5 光的能流密度S=30(W/m2)，(1)求单位时间
h hc
x
m
入射X光子和电子碰撞后 成为散射光子。
自由电子获得入射X光子的 一部分能量成为反冲电子。
散射X光子的能量较入射X 光子能量小。
一束光就是以光速c运动的粒子流，这种粒子 称为光子。 B. 不同频率的光，其光子的能量不同。
频率为 的光的光子能量为 E =h
按此假说，一束光有n个光子，则该束光的光强
I光强 nh c
15
按照光子假说：
a. 光经过单缝衍射后，在光屏上的光强分布曲线 就可以理解为光子的堆积曲线。
1 / kT
1
T=1646k
7
§16.2 爱因斯坦的光子理论
一. 光电效应的实验定律
当光照射在阴极K(金属)时，就有电子从阴极从表 面逸出。
这一现象称作光电效应现象。
-
IA
K
这种电子叫光电子。 在电场的作用下，光
A V
电源
电子由K奔向阳极A，形 成光电流。
8
当加速电压增加到一定值时，光电流达到一饱和
的图是 I
(D)
I
(A)
(B)
o
U
I
o
U
I
(C)
o
U
(D)
o
28
U
原因说明:
因增大照射光的频率，光电子的动能增大; 光电子的动能增大，遏止电压的数值增大。
I光强 nh c 光强 I 光强 不变，增大,
光子数n减少。 光电子数减少，饱和光电流减小。
I电流 neS
29
例2-5 光的能流密度S=30(W/m2)，(1)求单位时间
h hc
x
m
入射X光子和电子碰撞后 成为散射光子。
自由电子获得入射X光子的 一部分能量成为反冲电子。
散射X光子的能量较入射X 光子能量小。
《早期量子论》幻灯片PPT
课本 pp217—250；练习册 第十八单元
“两朵乌云 〞
十九世纪末，经典物理已相当成熟，对物理现象本
质的认识似乎已经完成。“但是，在晴朗的天空中，还
有两朵小小的令人不安的乌云〞。
相对论
？热辐射的 紫外灾难
量子论
§19-1 黑体辐射 普朗克的能量子假说 一 黑体辐射的实验规律
热辐射 物体在任何温度下都向外辐射电磁波
散射X射线的波长为
' 0 .5 0 .01 0 .5 21 2 22
〔2〕由能量守恒，反冲电子所得动能为
E k h h c ' 6 c .6 1 3 3 0 4 3 .0 1 8 0 1 0 .1 5 0 0 0 1 .5 1 0 0 1 5e 2 8
§19-5 氢原子的波尔理论
0 A
h
光量子假设解释了光电效应的全部实验规律。但是，1910年 以前，并未被物理学界承受。
光电效应对于光的本质的认识和量子论的开展曾起过重要的 作用。
爱因斯坦为此获1921诺贝尔物理学奖。
光子的能量、质量和动量
光子能量： h
光子质量：
mc2
hc2
光子有动量？
pmch h
c
因为： m m0
1
Uc= K - U0
其中K 为斜率，普适常数U0 为截
距, 与材料有关直线与横坐标的
交点就是红限频率0
0
U0 K
〔4〕光电效应是瞬时发生的
1 2mm 2 veU cekeU 0
只要入射光频率>0，无
论光多微弱，从光照射阴极
到光电子逸出，驰豫时间不
超过10-9s
以上这些实验规律与经典 电磁波的概念完全不同，经 典波的能量是连续地分布在 空间的。
“两朵乌云 〞
十九世纪末，经典物理已相当成熟，对物理现象本
质的认识似乎已经完成。“但是，在晴朗的天空中，还
有两朵小小的令人不安的乌云〞。
相对论
？热辐射的 紫外灾难
量子论
§19-1 黑体辐射 普朗克的能量子假说 一 黑体辐射的实验规律
热辐射 物体在任何温度下都向外辐射电磁波
散射X射线的波长为
' 0 .5 0 .01 0 .5 21 2 22
〔2〕由能量守恒，反冲电子所得动能为
E k h h c ' 6 c .6 1 3 3 0 4 3 .0 1 8 0 1 0 .1 5 0 0 0 1 .5 1 0 0 1 5e 2 8
§19-5 氢原子的波尔理论
0 A
h
光量子假设解释了光电效应的全部实验规律。但是，1910年 以前，并未被物理学界承受。
光电效应对于光的本质的认识和量子论的开展曾起过重要的 作用。
爱因斯坦为此获1921诺贝尔物理学奖。
光子的能量、质量和动量
光子能量： h
光子质量：
mc2
hc2
光子有动量？
pmch h
c
因为： m m0
1
Uc= K - U0
其中K 为斜率，普适常数U0 为截
距, 与材料有关直线与横坐标的
交点就是红限频率0
0
U0 K
〔4〕光电效应是瞬时发生的
1 2mm 2 veU cekeU 0
只要入射光频率>0，无
论光多微弱，从光照射阴极
到光电子逸出，驰豫时间不
超过10-9s
以上这些实验规律与经典 电磁波的概念完全不同，经 典波的能量是连续地分布在 空间的。
从经典力学到量子力学说课课件
4、索尔维会议的补充及意图
前排左起：I.朗缪尔、 M.普朗克 、M.居里夫人、H.A.洛伦兹、 A.爱因斯坦 、P.朗之万、 Ch.E.古伊、 C.T.R.威尔逊、O.W.里查逊（O.W.Richardson） 中排左起：P.德拜 、M.克努森、 W.L.布拉格、 H.A.克莱默、P.A.M狄拉克、 A.H.康普顿、 L.德布罗意（L. de Broglie）、 M.波恩、N.玻尔（N.Bchr ） 后排左起：A.皮卡尔德、E.亨利厄特、P.埃伦费斯特、Ed.赫尔岑、 Th.顿德尔、E.薛定谔、 E.费尔夏费尔德、 W.泡利、W.海森堡、R.H.否勒、 L.布里渊
A 课前设计和准备
知识和教材准备
A 课前设计和准备
知识和教材准备
逻辑+ 实验+数学=近代科学方法
19世纪末20世纪初物理学的三大发现 （X射线-1895年、放射线-1896年、电子-1897年）
突破自然界无跳跃的原则和光电效应的解释
A 课前设计和准备
知识和教材准备
学生准备
问题： • 为什么会想挑战经典物理学？ • 为何能够突破牛顿绝对静止的时空观和传统物理学的束缚？ • 十二岁的爱因斯坦为什么要挑战欧几里得？
时代背景 科学贡献 影响意义
牛顿
爱因斯坦
结果显示，在此番竞争中，爱 因斯坦“全面败退”。对于第一个 问题，61.8%的普通民众认为，牛顿 对科学的贡献更大。而在345名科学 家的投票结果中，牛顿的优势更为 明显，86.2%的人认为他在科学上的 贡献更重要。至于第二个问题，牛 顿依然以50.1%的民众票数和60.9% 的科学家票数胜出。由此，牛顿全 面胜出。
5、通过爱因斯坦的名言总结科学精神
我并非比别人更有天赋，我只是比一般人更有好 奇心，在找到答案之前不会放弃。——A.爱因斯坦
从经典力学到早期量子论PPT(48张)
本征值 Hamilton算符 态叠加原理 费米子 Pauli原理 电子自旋 阱中粒子 节点或节面 零点能 简并度 隧道效应
微观物体运动遵循的规律——量子力学，被称 为是20世纪三大科学发现（相对论、量子力学、DNA 双螺旋结构）之一. 100多年前量子概念的诞生、随 后的发展及其产生的革命性巨变，是一场激动人心又 发人深省的史话.
结构化学学习
• 一、3+2+1原则 • 3种理论：量子理论，化学键理论，点阵理论 • 3种结构：原子结构，分子结构，晶体结构 • 3个基础：量子化学基础，对称性原理基础，结
晶化学基础 • 2个因素：电子因素，空间因素 • 1条主线：结构决定性能，性能反映结构 • 二、理解为主，记忆为辅（预习---复习---总结) • 三、发展的观点 • 分子→超分子，微观→介观（纳米）→宏观，四、
1987年。 •江元生，《结构化学》，高等教育出版社，1997年。
第一章 量子力学基础
HΨ =EΨ
Chapter 1. Introduction to Quantum Mechanics
Contents
第一章目录
1.1 从经典力学到早期量子论 1.1.1 黑体辐射与能量量子化 1.1.2 光电效应与光量子化 1.1.3 原子光谱与轨道角动量量子化
• D.霍奇金(1910～1994) 英国女化学家1933至1956年 用X射线衍射法测定了胆固醇、维生素B12、青霉 素等生物化学物质的分子结构。于1964年获奖
• 巴顿(1918～1998)英国化学家40年代巴顿和哈塞尔 提出了“构象分析”概念，用于研究分子特性与 分子中原子的复杂空间三维结构之间的关系，对 发展立体化学理论作出了贡献，于1969年获奖
结构化学
量子物理发展简史ppt课件
爱因斯坦引力场方程（广义相对论）
论运动学与动力学关系的量子理 论再解释，海森堡，1925
关于量子力学I，波恩和约当， 1925
关于量子力学II，波恩、海森堡和 约当，1925
矩阵 力学 奠基 之作
史称“一人文章”、“二人文章”、“三人文章”
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测不准原理
德布罗意和物质波
德布罗意 1892年出生于法国的贵
海森堡甚至对玻尔的旧量子论提出了怀疑, 他指出 “ …电子的周期性轨道可能根本就不存在。直接观 测到的, 不过是分立的定态能量和谱线强度, 也许还 有相应的振幅与相位, 但绝不是电子的轨道。唯一的 出路是建立新型的力学, 其中分立的定态概念是基本 的, 而电子轨道概念看来是应当抛弃的。”
因此，基于上述原则，海森堡在论文中只考虑了 光谱线频率和决定谱线强度的振幅等可观察量。
经典物理学的信条之一就是一切过程和一切物理 量都是连续的，连续性又是微积分的核心思想，而 微积分是处理物理问题的基本数学工具。微积分的 发明人莱布尼兹(1646年－1716年)曾明确指出：如果我 们对连续性原理提出疑问，那么世界将会出现许多 间隙，而这条间隙就会将这条具有充分理由的普遍 原理推翻，结果迫使我们不得不乞求奇迹或纯粹的 机遇来解释自然现象了。普朗克引入不连续的能量 子突破了经典物理的连续性原理。正是这一点被认 为是量子物理学诞生的标志！
电子动能 脱出功
光电效应的解释
截止频率ν0（红限）- 只有当入射光频率ν>ν0时，
电子才能逸出金属表面，产生光电效应
遏止电压 - 初动能及反向遏止电压与ν成正比
效应瞬时性 - 电子吸收光子时间很短，只要光子 频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面， 无需积累能量的时间，与光强无关