量子物理发展简史
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量子物理发展简史
精品课件
量子物理学发展的历史回顾
本讲简要回顾量 子物理学产生、 发展到完善过程 中一些标志性事 件和代表人物， 试图给出量子力 学理论体系的发 展脉络。
精品课件
量子物理学的发展阶段
旧量子论时期 量子力学的创建与完善时期 量子力学向纵深发展
精品课件
旧量子论时期
精wk.baidu.com课件
《在热和光动理论 上空的19世纪乌云 》
精品课件
爱因斯坦光子假说
电磁场和物质相互交换的能量不是连续分布的 ，
而是集中在一些叫光子(或光量子)的粒子上。
光子仍保持频率及波长的概念。
光子的能量E正比于其频率
E hv
精品课件
爱因斯坦公式 (1)
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，另一部分变为光电子的动能。
hv Em
精品课件
玻尔的氢原子模型
原子的稳定状态，即定态只可能是某些具有一定
的分离值能量(E1, E2, E3,…)的状态。
原子处于定态时是不辐射的。
由于某种原因，电子可以从一个能级En跃迁到另 外一个较低(高)的能级Em 。此时，将发射(吸收)
一个光子，光子的能量为
h En Em
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发射过程
量子化条件和玻尔能级
L n (n 1,2,3,)
L me
mevr n
v2 r
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40r 2
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精品课件
玻尔能级
En
R n2
R
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13.6eV
理论值和里德伯常数一致
“动力学理论断言，热和光 都是运动的方式。但现在这 一理论的优美性和明晰性却 被两朵乌云遮蔽，显得黯然 失色了……”（The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds.）
精品课件
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！
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外光电效应
真空管 光照射某种物质，致使部分电子逃逸
物质表面。这些电子被称为光电子。 光电倍增管 (Photomultiplier)
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经典麦克斯韦尔理论的推论
相比与蓝光，红光具有更长的周期，因而红光与 电子的相互作用时间更长，这使得红光比蓝光更 容易使电子逸出。 若入射单色光的光强增强，则会有更多的电子逸 出，且这些电子的能量也相应增大。 由于弱光的能量相当小，因此在弱光的条件下， 电子需要更多的时间才能逸出。 入射波的能量将由上百万个电子分享。
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1905年，A.爱因斯坦提 出光量子（光子）假说，成 功的解释了光电效应，在此 基础上，于1909年进一步 提出光的波粒二象性理论。
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光电效应的历史 (1)
H.R. Hertz, 1886，在用莱顿瓶放电的实验中，当紫外线照
在火花隙的负极上，放电比较容易发生。
W. Hallwach, 1888，清洁而绝缘的锌板在紫外线照射下获
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量子物理学的三大最基本的假设
能量量子化 微观粒子具有波粒二象性 微观粒子状态变化具有定态跃迁性质
普朗克、爱因斯坦、玻尔也因此被公认为旧量子论之父。
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二、高级阶段--量子力学建立与完善期(1925-
1930) ✓追随玻尔的定态跃迁理论和1916年玻尔提出的 对应原理**，将其应用范围由氢原子扩展到复杂原 子体系，最终导致1925年海森堡矩阵力学形式的 量子力学的建立；
1 2
m0vm 2
电子动能 脱出功
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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
(RH1.36eV )
n 1,2,3,; n n 1, n 2,n 3,
n=1, n =2,3,4,… 紫外区，赖曼系
n=2, n =3,4,5,… 可见区，巴耳末系
n=3, n =4,5,6,… 红外区，帕邢系
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卢瑟福的原子模型
卢瑟福的有核模型
原子中的正电荷集 中在占原子大小万 分之一的小范围内.
得正电荷，而带负电的板在光照射下失掉其负电荷。
J.J. Thomson, 1899，阴极射线由电子组成
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光电效应的历史 (2)
Phillipp Lenard, 1902，金属在紫外线照射下发 射电子 Albert Einstein, 1905，光量子假说 Robert Andrews Millikan, 1916，验证爱因斯 坦的光电效应量子公式，并精确测定了普朗克常 量。
——1900年4月27日 伦敦
Lord Kelvin(1824-1907)
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迈克尔逊－莫雷实验
光速与参考系的运动无关
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黑体辐射
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普朗克的观点：
组成黑体的分子、原子视为一系列的电磁振子， 振子的能量不连续分布，只能取某一最小能量值 （称为能量子）的整数倍； 振子（黑体的分子、原子）辐射或吸收能量时， 只能是能量子的整数倍，或者振子的能量是一份一 份的辐射或吸收，即振子能量变化也是不连续的。
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1913年，N.玻尔(18851962)提出定态跃迁假设， 建立了原子中电子运动的量 子理论，成功解释了氢原子 光谱结构。
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氢原子光谱-棱镜光谱仪
Slit Source
Prism
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Red Blue Screen
氢原子光谱
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里德伯公式
里德伯公式
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RH
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量子物理学发展的历史回顾
本讲简要回顾量 子物理学产生、 发展到完善过程 中一些标志性事 件和代表人物， 试图给出量子力 学理论体系的发 展脉络。
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量子物理学的发展阶段
旧量子论时期 量子力学的创建与完善时期 量子力学向纵深发展
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爱因斯坦光子假说
电磁场和物质相互交换的能量不是连续分布的 ，
而是集中在一些叫光子(或光量子)的粒子上。
光子仍保持频率及波长的概念。
光子的能量E正比于其频率
E hv
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爱因斯坦公式 (1)
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，另一部分变为光电子的动能。
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玻尔的氢原子模型
原子的稳定状态，即定态只可能是某些具有一定
的分离值能量(E1, E2, E3,…)的状态。
原子处于定态时是不辐射的。
由于某种原因，电子可以从一个能级En跃迁到另 外一个较低(高)的能级Em 。此时，将发射(吸收)
一个光子，光子的能量为
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发射过程
量子化条件和玻尔能级
L n (n 1,2,3,)
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玻尔能级
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13.6eV
理论值和里德伯常数一致
“动力学理论断言，热和光 都是运动的方式。但现在这 一理论的优美性和明晰性却 被两朵乌云遮蔽，显得黯然 失色了……”（The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds.）
精品课件
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！
精品课件
外光电效应
真空管 光照射某种物质，致使部分电子逃逸
物质表面。这些电子被称为光电子。 光电倍增管 (Photomultiplier)
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经典麦克斯韦尔理论的推论
相比与蓝光，红光具有更长的周期，因而红光与 电子的相互作用时间更长，这使得红光比蓝光更 容易使电子逸出。 若入射单色光的光强增强，则会有更多的电子逸 出，且这些电子的能量也相应增大。 由于弱光的能量相当小，因此在弱光的条件下， 电子需要更多的时间才能逸出。 入射波的能量将由上百万个电子分享。
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1905年，A.爱因斯坦提 出光量子（光子）假说，成 功的解释了光电效应，在此 基础上，于1909年进一步 提出光的波粒二象性理论。
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光电效应的历史 (1)
H.R. Hertz, 1886，在用莱顿瓶放电的实验中，当紫外线照
在火花隙的负极上，放电比较容易发生。
W. Hallwach, 1888，清洁而绝缘的锌板在紫外线照射下获
精品课件
量子物理学的三大最基本的假设
能量量子化 微观粒子具有波粒二象性 微观粒子状态变化具有定态跃迁性质
普朗克、爱因斯坦、玻尔也因此被公认为旧量子论之父。
精品课件
二、高级阶段--量子力学建立与完善期(1925-
1930) ✓追随玻尔的定态跃迁理论和1916年玻尔提出的 对应原理**，将其应用范围由氢原子扩展到复杂原 子体系，最终导致1925年海森堡矩阵力学形式的 量子力学的建立；
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电子动能 脱出功
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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
(RH1.36eV )
n 1,2,3,; n n 1, n 2,n 3,
n=1, n =2,3,4,… 紫外区，赖曼系
n=2, n =3,4,5,… 可见区，巴耳末系
n=3, n =4,5,6,… 红外区，帕邢系
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卢瑟福的原子模型
卢瑟福的有核模型
原子中的正电荷集 中在占原子大小万 分之一的小范围内.
得正电荷，而带负电的板在光照射下失掉其负电荷。
J.J. Thomson, 1899，阴极射线由电子组成
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光电效应的历史 (2)
Phillipp Lenard, 1902，金属在紫外线照射下发 射电子 Albert Einstein, 1905，光量子假说 Robert Andrews Millikan, 1916，验证爱因斯 坦的光电效应量子公式，并精确测定了普朗克常 量。
——1900年4月27日 伦敦
Lord Kelvin(1824-1907)
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光速与参考系的运动无关
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黑体辐射
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组成黑体的分子、原子视为一系列的电磁振子， 振子的能量不连续分布，只能取某一最小能量值 （称为能量子）的整数倍； 振子（黑体的分子、原子）辐射或吸收能量时， 只能是能量子的整数倍，或者振子的能量是一份一 份的辐射或吸收，即振子能量变化也是不连续的。
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1913年，N.玻尔(18851962)提出定态跃迁假设， 建立了原子中电子运动的量 子理论，成功解释了氢原子 光谱结构。
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氢原子光谱-棱镜光谱仪
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里德伯公式
里德伯公式
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