量子物理第一章

1,量子物理,第一章波粒二象性,第二章薛定谔方程,第三章原子中的电子,第四章固体中的电子,第五章粒子物理简介,（QuantumPhysics）,2,第一章波粒二象性（Wave-particleduality）,1.1黑体辐射,1.2光电效应,1.3光子、光的二象性,1.4康普顿效应,1.5实物粒子的波动性,*1.6概率波与概率幅,*1.7不确定关系,3,提高照明效率研究高温测量测星体表面温度电磁波谱的研究,1.1黑体辐射（Black-bodyradiation）,“热力学和光学已发展到这样的程度，,以至于,它们俩的结合，能够产生一个婴儿，,引起物理学的最大革命。”,德国物理学家劳厄（Laue）当时评论道：,它注定会,理论上出现了矛盾：,一.热辐射理论发展的背景,科技发展的需要：,“紫外灾难”,4,二.热辐射的基本概念,1.热辐射（heatradiation）：,但是强度不同。,热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关，,高温物体发出的是紫外光。,炽热物体发出的是可见光，,低温物体发出的是红外光，,温度短波长的电磁波的比例。,热辐射波谱是连续谱，,各种波长(频率)都有，,5,炼钢的热辐射,6,3.光谱辐出度（单色辐出度）M,这种温度不变的热辐射称之为平衡热辐射。,（单位时间内）,2.平衡热辐射,则物体的温度恒定。,加热一物体，,若物体所吸收的能量等于在,同一时间内辐射的能量，,（monochromaticenergydensityofradiation）,M单位时间内，从物体单位表面发出的,频,率在附近单位频率间隔内的电磁波的能量。,M取决于T，物质种类和表面情况,7,4.（总）辐出度（总发射本领）M(T)（radiantexcitance）,单位：w/m2,（monochromaticabsorptance）,5.单色吸收比（率）(T),8,电磁波而无反射的物体，,2.维恩设计的黑体,三.黑体,1.黑体（blackbody）：,太阳光的也小于99%。,黑体是理想化模型，,能完全吸收各种波长,小孔空腔,即使是煤黑、黑珐琅对,电磁波射入小孔后，很难再从小孔中射出。,9,2维恩位移律,m=b/T,b=2.89775610-3mK,3理论与实验的对比,1.斯特藩-玻耳兹曼定律,M(T)=T4,=5.6710-8W/m2K4,经典物理学遇到的困难,四.黑体辐射的规律,10,五.普朗克的能量子假说和黑体辐射公式,2.普朗克假定（1900）,h=6.626075510-34Js,3.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,11,6.2光电效应,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,光照射某些金属时,能从表面释放出电子的效应。,光电效应中产生的电子称为“光电子”。,12,(1)饱和光电流强度im与入射光强成正比,3.实验规律,(2)Uc=K-U0,截止电压,光电子的最大初动能为,13,(3)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,(4)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！,光波的能量分布在波面上,阴极电子积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！,三.光电效应的意义,14,6.3光子、光的二象性,一.爱因斯坦的光子理论,光的发射、传播、吸收都是量子化的。,光子能量,（不是nh）,当普朗克还在寻找他的能量子的经典理论的,根源时，,爱因斯坦却大大发展了能量子的概念。,爱因斯坦光量子假设（1905）：,电磁辐射由以光速c运动的,局限于空间某一小范围的光的能量子单元（光子）所组成，,光量子具有“整体性”：,15,二.光子理论对光电效应的解释,(eUc),(eK),(eU0),A：逸出功,光强,N：光子数,一束光就是以速率c运动的一束光子流。,一个光子将全部能量交给一个电子，电子克服金属对它的束缚，从金属中逸出。,IN单位时间打出光电子多im,光子打出光电子是瞬时发生的,16,光量子假设解释了光电效应的全部实验规律！,但是光量子理论在当时并未被物理学界接受！,hA时才能产生光电效应，,所以存在：,红限频率,普朗克在推荐爱因斯坦为柏林科学院院士时说：“光量子假设可能是走得太远了。”,不发生光电效应，,当入射波长0，,和散射物质无关。,波长的偏移=0只与散射角有关，,实验规律是：,24,康普顿用光子理论做了成功的解释：,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,二.康普顿效应的理论解释,经典电磁理论难解释为什么有0的散射，,碰撞光子把部分能量传给电子,外层电子束缚能eV,室温下kT10-2eV，）,（波长1的X射线，其光子能量104eV，,光子的能量,散射X射线频率波长,25,三.康普顿散射实验的意义,支持了“光量子”概念，进一步证实了,首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设,证实了在微观领域的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖。,p=/c=h/c=h/,=h,26,光(波)具有粒子性,一.德布罗意假设,那么实物粒子也应具有波动性。,实物粒子具有波动性吗?,L.V.deBroglie（法，18921986）,从自然界的对称性出发，认为：,既然光(波)具有粒子性,1924.11.29德布洛意把题为“量子理论的研究”,的博士论文提交巴黎大学。,6.5实物粒子的波动性,27,与粒子相联系的波称为物质波,或德布罗意波，,一个能量为E、动量为p的实物粒子同时具有波动性，,他在论文中指出：,关系与光子一样：,它的波长、频率和E、p的,爱因斯坦德布罗意关系式,28,物质波的概念可以成功地解释粒子领域中令人困惑的轨道量子化条件。,（轨道角动量量子化条件）,朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦，,爱因斯坦称赞说：“揭开了自然界巨大帷幕的一角”“瞧瞧吧，看来疯狂，可真是要站得住脚呢”,稳定轨道,波长,论文获得了评委会的高度评价。,29,U=100V时，=1.225,经爱因斯坦的推荐，物质波理论受到了关注。,答辩会上，佩林问：“这种波怎样用实验耒证实呢？”德布洛意答