从经典物理学到量子力学

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1、大学物理学山西大学物电学院第四部分量子力学PartⅣQuantumMechanics前面介绍的牛顿力学、电磁学和光学等都属于经典物理学，它研究的是宏观、低速领域中的物理现象。经典物理学发展到19世纪末已达到相当完美的地步，只不过“在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的令人不安的乌云”(开尔文，1900年在送别旧世纪而作的题为《19世纪热和光的动力理论上空的乌云》报告)，这两朵乌云是指当时物理学理论还无法完善解释的两个实验现象，一是热辐射实验，另一是迈克耳孙──莫雷实验。恰恰是这两朵小小的乌云，使经典物理学的局限性开始暴露，

2、并酝酿着物理学发展中一场惊心动魄的伟大革命风暴。1900年普朗克的量子理论和1905年爱因斯坦相对论的诞生，标志着物理学从经典物理学发展到了近代物理学，它的研究也进入了微观范畴和高速领域。引言从经典物理学怎样发展到量子力学；量子力学描述粒子行为的一个重要概念──波函数，及其波函数所遵循的规律──薛定谔方程。研究内容具有划时代意义的量子论──引起了科学界的一场革命──产生了半导体技术──改变了人类的生活水平──扩展了我们这些专业第十九章从经典物理学到量子力学概述物理学的分支及近年来发展的总趋势时间t关键概念的发展力学电磁学

3、热学相对论量子论1600170018001900物理学经典物理现代物理力学热学电磁学光学相对论量子论非线性近年来的发展*粒子物理高能加速器产生新粒子，已发现300种。(须应用麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法)。*天体物理运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球进行观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科(须应用经典、量子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理等)。太阳中微子短缺问题引力波存在的问题物体的速度能否超过光速的问题*生物物理有机体遗传程序的研究**有机体遗传程序的研究(须运用量子力学、统计物理、X射线、

4、电子能谱、核磁共振技术等)。**非平衡热力学及统计物理物理学发展的总趋向*学科之间的大综合*相互渗透结合成边缘学科生物物理、生物化学、物理化学、量子化学量子电子学、量子统计力学、固体量子论二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出光电效应康普顿效应黑体辐射问题，即“紫外灾难”原子的稳定性和大小研究领域：微观领域；研究对象：微观粒子本章习题(共9题)：19-3，5，7，10，11，13，16，18，20。爱因斯坦的光量子论普朗克的能量子论玻尔的量子论德布罗意波

5、－物质波§19-1黑体辐射普朗克能量子假说一、热辐射的基本概念1、热辐射热辐射现象：任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。辐射电磁波能量的多少，以及电磁波按波长的分布都与温度有关，故称为热辐射。平衡热辐射：物体辐射和吸收的能量恰相等时，称为热平衡。此时温度恒定不变。固体在温度升高时颜色的变化：1400K800K1000K1200K2、与热辐射有关的物理量单色辐出度从热力学温度为T的物体，单位面积、单位时间、在单位波长范围内所辐射的电磁波能量，称为该物体的单色辐射出射度，简称单色辐出度，用Mλ(T)表示。辐射出射度在单位

6、时间内，从热力学温度为T的物体表面单位面积上所辐射的各种波长范围的电磁波的能量总和，称为该物体的辐射出射度，简称辐出度。吸收比和反射比在温度为T时，物体吸收和反射波长在到+d范围内的电磁波能量，与相应波长的入射电磁波能量之比，分别称为物体的单色吸收比(,T)和单色反射比(,T)。对于不透明的物体，有二、基尔霍夫定律和黑体1、基尔霍夫定律1859年，基尔霍夫应用热力学理论得到：对每一物体，单色辐出度与吸收比的比M(T)/(,T)，是一个与物体性质无关而只与温度和辐射波长有关的普适函数，即对处于热平衡的任

7、意种类和个数的物体，有如果一个物体是良好的吸收体,则它必定也是一个良好的辐射体。2、黑体定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，0(,T)=1，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。说明：(1)黑体是个理想化的模型。(2)对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。在相同的温度下，黑体的吸收本领最大，因而辐射本领也最大。黑体的单色辐出度：研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。因为黑体的单色幅出度仅与波长和温度有关，与材料、表面情况无关。它反映

8、了辐射本身的规律。三、黑体辐射的基本规律1、测量黑体辐射的实验原理图2、斯特藩-玻耳兹曼定律黑体辐出度与黑体温度的四次方成正比，这就是斯特藩－玻耳兹曼定律(1879年实验)。s=5.67051×10-8W·m-2·K-4为斯特藩-玻耳兹曼常量3、维恩位移律当黑体温度升高时，与单色辐出度峰值相对应的波长m向短波方