[工学]量子力学第一章上.ppt

* 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 （Quantum Physics） 引 言 十九世纪末，经典物理已发展得相当成熟， 人们认为，对物理现象本质的认识已经完成。 海王星的发现（ 1846在Leverrier“笔尖下 更使人感到经典物理似乎可以解决所有问题。 当时，著名的英国物理学家J.J.汤姆孙曾说道： “物理学的大厦已基本建成， 后辈物理学家只要 做些修补工作就行了”。 看到的”） 和电磁理论对波动光学的成功解释， 然而在人类即将跨入20世纪的时候， 了某些无法用经典理论解释的实验现象 —— 却发现 M —M实验“零结果” 和热辐射“紫外灾难”。 1900年，Kelvin在新千年的祝词中把此称为是 去寻找新的解决途径。 这些矛盾迫使人们跳出传统的物理学框架， 晴朗的物理学天空中出现的两朵乌云。 ◆ 旧量子论的形成： 1924 de Broglie物质波假设 1925 Heisenberg 矩阵力学 1926 Schroedinger 波动方程 1926 ? 27 Davisson， G.P.Thomson 电子衍射实验 1928 Dirac 相对论波动方程 ◆ 量子力学的建立： 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 电磁辐射能量量子化 1911 Rutherford 原子的有核模型 1913 N.Bohr 原子能量量子化 第一章 波粒二象性 （Wave-particle duality） §1.1黑体辐射 §1.2光电效应 §1.3 光的二象性、光子 §1.4 康普顿散射 §1.5 粒子的波动性 §1.6 概率波与概率幅 §1.7不确定关系 §1.1黑体辐射（Black-body radiation） 一. 热辐射的基本概念 辐射的波长（或频率）也不同。 例如：加热铁块， 温度?，铁块颜色由 看不出发光 ? 暗红 ?橙色 ?黄白色?蓝白色 这种与温度有关的电磁辐射，称为热辐射。 温度不同时, 物体受热就会辐射电磁波。 ▲热辐射 激光 、 日光灯发光就不是热辐射。 并不是所有发光现象都是热辐射， 例如： 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? 。 任何物体（气、液、固）在任何温度下， 都会有热辐射。 热辐射波谱是连续谱， 各种波长(频率)都有， 红外照相机拍摄的人的头部的热图 热的地方显白色，冷的地方显黑色 炼钢的热辐射 红外夜视仪拍的照片 ▲ 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） T 单位面积 ▲ 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， （monochromatic energy density of radiation） M? —单位时间内， 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 从物体单位表面发出的频 ▲（总）辐出度（总发射本领）M(T) （radiant excitance） 单位：w/m2 （monochromatic absorptance） ▲ 单色吸收比（率）?? (T) 电磁波而无反射的物体， 维恩设计的黑体 二.黑体 1. 黑体（black body）： 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。 2. 基尔霍夫（Kirchhoff）辐射定律： 1 2 3 黑 T 这表明： 1) 黑体光谱辐出度最大 2) 好的辐射体也是好的吸收体 3) 若M? 黑体已知，则 在平衡热辐射时，有规律： 利用黑体可撇开材料的具体性质，来普遍 地研究热辐射本身的规律。 与材料无关 一个黑白花盘子的两张照片 室温下，反射光 1100K，自身辐射光 黑色处的 和 均较白色的大。 三. 黑体辐射谱（即M?～?关系）的规律 1.黑体辐射测量的实验装置 对黑体加热，会放出热辐射。 通过光栅可得到黑体辐射的频谱。 通过热电偶可得到黑体辐射的光谱辐出度。 黑体 热电偶 测M? (T) 光栅光谱仪 T ? 2. 黑体辐射谱（实验规律） 不同温度下的黑体辐