大学物理 近代物理基础 量子物理(极力推荐).ppt

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1、第一章量子物理基础量子理论的诞生引言§1黑体辐射和普朗克的能量子假说一.基本概念1.热辐射定义分子的热运动使物体辐射电磁波例如：加热铁块基本性质温度发射的能量电磁波平衡热辐射物体辐射的能量等于在同的短波成分一时间内所吸收的能量2.辐射能量按波长的分布—单色辐出度M3.总辐出度M（T）单位时间内从物体单位表面发出的波长在二.黑体和黑体辐射的基本规律1.黑体能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体M最大且只与温度有关而和材料附近单位波长间隔内的电磁波的能量。及表面状态无关4．维恩位移律m=b/Tb=2.897756×10-3m·K5．理论与实

2、验的对比3.斯特藩-玻耳兹曼定律M(T)=T4=5.6710-8W/m2K42.维恩设计的黑体三.经典物理学遇到的困难四.普朗克的能量子假说和黑体辐射公式2.普朗克假定（1900）h=6.6260755×10-34J·s3.普朗克公式经典能量=h在全波段与实验结果惊人符合物体----------振子经典理论：振子的能量取“连续值”物体发射或吸收电磁辐射:1．“振子”的概念（1900年以前)量子§2光电效应和爱因斯坦的光量子论一.光电效应的实验规律1．光电效应光电子光电效应2．实验装置3.实验规律4.06.08.010.0(1014Hz)0.0

3、1.02.0Uc(V)CsNaCaUc=K-U0与入射光强无关光电子的最大初动能为只有当入射光频率v大于一定的频率v0时，才会产生光电效应0称为截止频率或红限频率·饱和光电流强度im与入射光强I成正比光电效应是瞬时发生的驰豫时间不超过10-9s二.经典物理学所遇到的困难按照光的经典电磁理论：光波的能量分布在波面上，阴极电子积1.普朗克假定是不协调的三.爱因斯坦的光量子论只涉及发射或吸收,未涉及辐射在空间的传播。光波的强度与频率无关，电子吸收的能量也与频率无关，更不存在截止频率！累能量克服逸出功需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生！3.对光电效应的解释

4、当＜A/h时，不发生光电效应。红限频率四.光电效应的意义光量子具有“整体性”电磁辐射由以光速c运动的局限于空间某一小范围的光量子（光子）组成，=h2.爱因斯坦光量子假设(1905)§3光的波粒二象性康普顿散射一.光的波粒二象性1.近代认为光具有波粒二象性·在有些情况下，光突出显示出波动性；·粒子不是经典粒子,波也不是经典波2.基本关系式粒子性：能量，动量P波动性：波长，频率而在另一些情况下，则突出显示出粒子性。二.康普顿散射1.康普顿研究X射线在石墨上的散射2.实验规律电子的Compton波长准直系统入射光0散射光探测器石墨散射体3.康

5、普顿效应的特点Å2.康普顿的解释X射线光子与“静止”的“自由电子”弹性碰撞碰撞过程中能量与动量守恒波长偏移e3.康普顿散射实验的意义三.康普顿效应验证了光的量子性1.经典电磁理论的困难§4实物粒子的波动性光(波)具有粒子性一.德布罗意假设实物粒子具有波动性。并且与粒子相联系的波称为概率波实物粒子具有波动性或德布罗意波二．实验验证电子通过金多晶薄膜的衍射实验电子的单缝、双缝、三缝和四缝衍射实验（汤姆逊1927）（约恩逊1961)例题1：m=0.01kg，v=300m/s的子弹h极其微小宏观物体的波长小得实验对波粒二象性的理解(1)粒子性“原子性”或“

6、整体性”不是经典的粒子,抛弃了“轨道”概念难以测量“宏观物体只表现出粒子性”(2)波动性“弥散性”“可叠加性”“干涉”“衍射”“偏振”具有频率和波矢不是经典的波不代表实在的物理量的波动三.波函数和概率波1.玻恩假定z波面pyx2.自由粒子平面波波函数利用得经典的平面波为由图3.用电子双缝衍射实验说明概率波的含义(1)入射强电子流(2)入射弱电子流概率波的干涉结果4.波函数满足的条件自然条件：单值、有限和连续归一化条件在空间各点发现自由粒子的概率相同，设归一化因子为C，则归一化的波函数为(x)=Cexp(-2x2/2)计算积分得Ｃ２＝／１／２

7、Ｃ＝（／１／２）１／２ｅｉ取＝0，则归一化的波函数为(x)=（／１／２）１／２exp(-2x2/2)例题3：将波函数归一化四.状态叠加原理若体系具有一系列互异的可能状态则也是可能的状态5.波函数统计诠释涉及对世界本质的认识争论至今未息哥本哈根学派爱因斯坦狄拉克（1972）§5不确定性关系一.光子的不确定性关系1.衍射反比关系dq～xZDqd2.不确定性关系x～dpx～pz·q由pz=h/和d·～得x·px～h严格的理论给出光子不确定性关系二.实物粒子的不确定性关系物理根源是粒子的波动性实物粒子的不确定性关系与光子的

8、相同三.能量与时间的不确定性关系能级自然宽度和寿命设体系处于某能量状态的寿命为则