物理学的两朵乌云

1900年，在英国皇家学会新年庆贺会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪讲话:

“科学大厦已经基本完成，后辈物理学家只要做一些零碎修补工作就行了。”--开尔文--也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过试验再做一做，在试验数据小数点后面在加几位罢了！

但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力科学家，就在上面提到文章中他还讲到：

“不过，在物理学晴朗天空远处，还有两朵令人不安乌云，----”第1页这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射相关，另一朵与迈克尔逊试验相关。然而,事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔领域。正可谓“山重水复疑无路,柳暗花明又一村一、普朗克能量子假说第2页能全部吸收各种波长辐射能而不发生反射，折射和透射物体称为绝对黑体。简称黑体1.黑体辐射试验规律

不透明材料制成带小孔空腔,可近似看作黑体。黑体模型

研究黑体辐射规律是了解普通物体热辐射性质基础。第3页0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K试验结果第4页o试验值/μm维恩线瑞利--金斯线紫外灾难普朗克线12345678黑体辐射试验是物理学晴朗天空中一朵令人不安乌云。第5页2.能量子假说：辐射黑体分子、原子振动可看作谐振子，这些谐振子能够发射和吸收辐射能。不过这些谐振子只能处于一些分立状态，在这些状态中，谐振子能量并不象经典物理学所允许可含有任意值。对应能量是某一最小能量ε（称为能量子）整数倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n为正整数，称为量子数。

对于频率为ν谐振子最小能量为能量量子经典第6页普朗克能量子假说和黑体辐射公式黑体辐射公式1900.10.19普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式M.Planck德国人1858－1947第7页λ(μm)123568947普朗克试验值第8页

当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出现象，称为光电效应。逸出电子称为光电子。二、光电效应1.什么是光电效应第9页阳极阴极石英窗

光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。2.光电效应试验规律1.光电效应试验第10页阳极阴极

将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场妨碍作用。

当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压到达某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。遏止电压第11页IUcOU光强较弱光电效应伏安特征曲线光电效应试验装置遏止电压阳极阴极光电效应试验规律第12页IIsUaOU光强较强光强较弱光电效应伏安特征曲线光电效应试验装置遏止电压饱和电流光电效应试验规律阳极阴极第13页阳极阴极石英窗2.光电效应试验规律①.光电流与光强关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。②.截止频率

c----极限频率对于每种金属材料，都对应有一确定截止频率

c。

当入射光频率

>

c时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率

<

c时，不论光强多大也无电子逸出金属表面。③光电效应是瞬时。从光开始照射到光电逸出所需时间<10-9s。第14页3.爱因斯坦光量子假设1.内容

光不但在发射和吸收时以能量为h微粒形式出现，而且在空间传输时也是如此。也就是说，频率为

光是由大量能量为=h光子组成粒子流，这些光子沿光传输方向以光速c运动。

在光电效应中金属中电子吸收了光子能量，一部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子逸出后动能Ek

。由能量守恒可得出：2.爱因斯坦光电效应方程为电子逸出金属表面所需做功，称为逸出功；

为光电子最大初动能。第15页

1923年，德布罗意最早想到了这个问题，而且大胆地构想，对于光子波粒二象性会不会也适合用于实物粒子。三、德布罗意物质波假设1.物质波引入光含有粒子性，又含有波动性。光子能量和动量为上面两式左边是描写粒子性E、P；右边是描写波动性

、

。

将光粒子性与波动性联络起来。实物粒子：静止质量不为零那些微观粒子。一切实物粒子都有含有波粒二象性。第16页实物粒子波粒二象性意思是：微观粒子既表现出粒子特征，又表现出波动特征。实物粒子波称为德布罗意波或物质波，物质波波长称为德布罗意波长。2.德布罗意关系式德布罗意把爱因斯坦对光波粒二象性描述应用到实物粒子，动量为P

粒子波长：德布罗意公式德布罗意是第一个因为博士论文（提出物质波假设）取得了诺贝尔奖。第17页二、不确定关系

经典力学中，物体初始位置、动量以及粒子所在力场性质确定后，物体以后运动位置就可