大学物理课件：量子物理1

A.Piccard,E.Henriot,P.Ehrenfest,E.Herzen,Th.deDonder,E.Schrödinger,J.E.Verschaffelt,W.Pauli,W.Heisenberg,R.H.Fowler,L.Brillouin;P.Debye,M.Knudsen,W.L.Bragg,H.A.Kramers,P.A.M.Dirac,A.H.Compton,L.deBroglie,M.Born,N.Bohr;I.Langmuir,M.Planck,M.Skłodowska-Curie,H.A.Lorentz,A.Einstein,P.Langevin,Ch.-E.Guye,C.T.R.Wilson,O.W.Richardson量子物理基础14.1普朗克能量子假设14.2光电效应14.3康普顿效应14.4玻尔的氢原子理论14.5实物粒子的波粒二象性14.6不确定关系14.7波函数和薛定谔方程14.8量子力学对氢原子的应用14.9原子的电子壳层结构量子物理基础普朗克首先提出能量子假说，成功地解释黑体辐射现象（1900年）爱因斯坦的光子学说，成功地解释光电效应现象(1905年)康普顿散射进一步证实光的粒子性(1923年)德布罗意提出实物粒子的波粒二象性假说

(1924)玻尔利用量子化概念建立了氢原子模型，成功地解释氢原子光谱(1913年)薛定谔提出的薛定谔方程建立了量子力学的波动力学(1926

年)

海森堡等人建立了量子力学的矩阵力学(1925年

)早期量子论的建立量子力学体系的建立14.1普朗克能量子假设热辐射：物体的由其温度决定的电磁辐射称为热辐射。

物体在辐射电磁波的同时，也吸收投射到物体表面的电磁波。当辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化而处于热平衡状态，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大，反之亦然。通有电流的电炉丝通有电流的灯丝不同温度的铆钉一、热辐射热的地方显白色，冷的地方显黑色红外照相机拍摄的人头部的热图美国AN/PVS-5A微光夜视眼镜它可在200米内发现人，在136米内识别人，在565米内发现坦克，在395米内识别坦克。1.单色辐射出射度（单色辐出度）指温度为T的物体单位表面积在单位时间内发射的、波长在

范围内的辐射能与波长间隔的比值。（单位时间内）

T单位面积2.辐出度(辐射出射度总发射本领）温度为T的物体单位时间内从单位面积上所辐射的各种波长的总的辐射能，用M（T）表示。二.描述热辐射的基本物理量

能够全部吸收各种波长的电磁辐射能而不发生反射和透射的物体称为绝对黑体，简称黑体。例如，一个不透明的空腔开有小孔可近似看成理想的黑体。1.黑体

黑体的吸收本领最大，辐射本领也最大。辐射的电磁波含有各种频率成分，并随黑体的温度而变化。黑体并不一定是黑色的（如太阳），只有当其自身的热辐射很弱时，看上去是黑洞洞的。三、黑体辐射的实验规律7000K6000K5000K4000K可见光不同温度下黑体的单色辐出度随波长变化的实验曲线

在一定温度下，曲线有一极大值，对应的波长称为峰值波长λm

。随着温度的升高，黑体的单色辐出度迅速增大，并且曲线的极大值逐渐向短波方向移动。

黑体的辐出度曲线下的面积（总辐射能）与黑体的热力学温度的四次方成正比：式中，称为斯忒藩

玻耳兹曼常量。2.斯忒藩

玻耳兹曼定律3.维恩位移定律

当黑体的热力学温度升高时，峰值波长向短波方向移动。式中，为常数。其中

，

为常数1896年维恩从经典热力学及统计理论及实验数据的分析得出：1.维恩公式短波方向与实验符合较好,但长波段与实验结果相差悬殊。四、经典物理学遇到的困难维恩公式(1896年)实验曲线

2.瑞利-金斯公式长波方向与实验符合较好短波方向得出灾难性的结论。“紫外灾难”－经典物理有难！c为真空中的光速1900年从经典电动力学和

统计物理学推导而得经典物理的困难瑞利—金斯公式(1900年)维恩公式(1896年)实验曲线

1900.10.7实验物理学家鲁本斯（Rubens）给普朗克带来了热辐射理论与实验比较的信息。当晚普朗克就用内插法猜出来一个公式----黑体辐射公式五、普朗克黑体辐射公式和能量子假说1.普朗克黑体辐射公式——普朗克公式（1900）鲁本斯（Rubens）把这

“幸运地猜出来的内插公式”同最新的实验结果比较发现：在全波段与实验结果惊人的符合。2.普朗克的能量子假说

普朗克认为：为了从理论上得出正确的辐射公式，必须引进一个假设：腔壁中带电谐振子的能量不能连续变化，频率为ν

的振子的能量ε只能取hν的整数陪，即ε=nhν，n称为量子数，谐振子和腔内辐射场交换能量（即发射和吸收辐射能）也只能是hν的整数倍。谐振子能量的这个最小单位称为能量子，其中

，普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常数。

普朗克的量子假设突破了经典物理学的观念，第一次提出了微观粒子具有分立的能量值,既微观粒子的能量是量子化的。

普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数，它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。

由能量量子化概念得到了普朗克的黑体辐射公式。实验曲线理论曲线一维谐振子的能量取分立值实验值与理论值符合的很好普朗克公式由普朗克公式可导出其他所有热辐射公式：维恩公式瑞利-金斯公式