chapter14量子力学背景黑体辐射光电效应.

量子物理基础

前言

在本世纪(指20世纪--编者注）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年）、广义相对论（1916年）和量子力学（1925年）。

－杨振宁

目录言

3前第1章早期量子理论第2章波粒二象性第3章薛定谔方程及应用简例第4章原子中的电子

经典物理（18－19 世纪）

牛顿力学热力学经典统计力学经典电磁理论19世纪末趋于完善

•海王星的发现（Leverrier,1846）

“不必向天空看一眼就发现了这颗新行星”“是在Leverrier的笔尖下看到的，····”•电磁理论解释了波动光学

开尔文：大厦基本建成···两朵乌云

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

1913 N.Bohr 原子能量量子化

B、量子力学的建立（崭新概念）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．．．．

注意：

1) 自觉摆脱经典的束缚注重实验事实

2) 处理好形象与抽象的关系

3) 对应关系

新理论是在原有的理论基础上发展起来的所以在极限情况下可以回到原有的理论但量子范围内的很多概念找不到经典的对应是一个全新的领域

人们认识自然的过程决定的10

讲课思路：沿着历史发展为线索展开

1)突破性的实验

应掌握）→→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

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光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

第1章早期量子理论

§1 黑体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 康普顿效应

§4 玻尔的量子假设

§1 黑体辐射和普朗克的能量子假说

一. 热辐射及其特点

1. 热辐射

由于分子热运动导致物体辐射电磁波这种与温度有关的辐射称为热辐射热辐射热能转化为电磁能的过程

任何温度都有热辐射的实例红外夜视仪

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18

运动时各部分温度的分布红外夜视图

光谱吸收比αν

在温度为T，物体表面吸收的频率在ν到ν+dv区间的辐射能量占全部入社该区间的辐射能量份额

黑体：可吸收全部到达它表面的电磁辐射实验证明：Mν∝αν

同一温度下，Mν/αν为一确定

值，和材料

无关

黑体的αν最大黑体的Mν最大25

钢水27

由经典理论导出的Mν(T)～ν公式都与实验

结果不符合！

物理学晴朗天空中的一朵乌云!32

五.能量子假说的意义

•打破“一切自然过程能量都是连续的”经典看法•说明了宇宙辐射背景T= 3K •敲开量子力学的大门

•为什么宏观上没看出能量的分立呢？

举例说明如下

§2 光电效应和爱因斯坦的光量子论光电效应:

光照射某些金属时能从表面释放出电子的效应产生的电子称为光电子光电效应是赫兹在1887年发现的

1896年汤姆逊发现了电子之后

勒纳德证明了光电效应中发出的是电子

•光强

单位时间打到单位面积上的粒子总能量I = NhνN粒子流密度

光强不变：即I = N hν不变

若ν↑则N ↓

一个光子只能整个地被电子吸收

对光电效的理论解释和对理论

的贡献获得1921研究基本电荷和，特别是通过著名获得1923年诺贝尔

56爱因斯坦由于应物理学年诺贝尔物理学奖密立根由于光电效应的油滴实验，证明电荷有最小单位。物理学奖