文档介绍：第七
早期量子论
呼力学的准鲁
19世纪末一系列重大发现,揭开了近代物理学序幕
令1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难
引入能量子概念,为量子力学奠定了基石
1905年爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出
光量子假说,并在固体比热问题上成功运用了能量子概念
为量子论发展打开了局面
冷1913年波尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念,对
氢光谱做出满意解释,使量子论初步取得胜利
冷这一时期可称为量子论的早期。
冷光的波粒二象性在1905年提出,并与1916年和1923年先后得
到密立根光电效应实验和康普顿X射线散射实验证实
1923年,德布罗意提出物质粒子的波粒二象性
1925-1928年间,海森堡、薛定谔、玻恩和狄拉克等人的开
创性工作,形成了完整的量子力学理论
令量子力学与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理
论支柱
令普朗克为了在黑体辐射和维恩公式、瑞丽公式之间寻求协调
统一,找到了与实验结果符合极好的内插公式,迫使他致力
于从理论上推导这一新定律
令“如果将维恩定律的公式和关于熵的方程一起考虑,就会发
现能量单元一定是和频率成正比”,即E=hU
令能量密度公式u
MnU
令普朗克还根据黑体辐射的测量数据,计算出普适常数h值
h=×10-=×10-
令此常数被后世称为普朗克常数
冷1900年12月14日往往被人们看成是量子物理学的诞生日
冷1918年诺贝尔物理学奖授予普朗克,以承认他发现能量子对
物理学进展所作的贡献
能量子假设的提出,具有划时代的意义。但是,不论是普朗
克本人还是他同时代的人当时对这点都没有充分认识
令普朗克自己也深感不安,总想回到经典理论的体系之中,企
图用连续性代替不连续性。他为此花了许多年的精力,但最
后还是证明这种企图是徒劳的
☆爱因斯坦最早明确地认识到,普朗克的发现标志了物理学的
新纪元
1905年在论文《关于光的产生和转换的一个试探性观点》中
爱因斯坦发展了普朗克能量子的概念,提出光量子假说
“能量子穿透物质的表面层,……最简单的设想是,一个光
量子把它全部能量给予了单个电子
个在物体内部被
供给了动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的部分
动能。此外还必须假设,每个电子在离开物体时必须为它脱
离物体做一定量的功P。那些在表面上朝着垂直方向被激发
的电子,将以最大的法线速度离开物体。”
爱因斯坦的光电效应方程
冷一些电子离开物体时的动能应为
hu-P
☆爱因斯坦根据能量转化与守恒原理提出,如果该物体充电至
正电位V,并被零电位所包围(V也叫遏止电压),又如果V
正好大到足以阻止物体损失电荷,就必有
ev=hv-P
其中e即电子电荷。此即众所周知的爱因斯坦光电方程
爱因斯坦提出光量子假设和光电方程,十分大胆。因为当时
没有足够的实验事实来支持他的理论,尽管理论与已有的实
验事实并无矛盾
什么是光电效应?
冷当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出,逸出电子称
为光电子
比如,带电小锌球在紫外线照射下会失去负电荷带上正电
光电效应实验
W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
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阻碍作用
光电效应用经典的光的波动论是没办法解释的
只有用量子论才能解释
光电效应的早期研究
光电效应的发现
☆1887年,赫兹在研究电磁场的波动性时,偶然发现了光电效
应现象。发表论文《紫外线对放电的影响》
揭示光电效应机制
188年,德国霍尔瓦克斯、意大利的里奇和俄国的斯托列托
夫几乎同时作出了新的研究。实验表明负电极在光照射下,
形成电流
令1889年,爱尔斯特和盖特尔指出,不同金属需要不同光照才
能产生光电效应
1899年,
同,都是高速运动的电子流
勒纳德的新发现
令1900年,勒纳德用不同的材料做阴极,不同光源照射,发现
都对過止电压有影响,惟独改变光的强度无影响
令电子逸出金属表面的最大速度和光强无关
与经典理论的矛盾
令根据经典理论,电子接受光的能量获得动能,应该是光越强
,能量越大,电子的速度也就越大
令实验:光的频率低于某一临界值时,不论光有多强,也不会
产生光电流。而在经典理论中,并没有频率限制
实验:光照到金属表面,光电流立即产生。而根据经典理论