文档介绍：量子力学
Quantum Mechanics
第一章量子力学的诞生
一、经典物理学的困难
二、早期量子论(1900——1924)
三、量子力学的发展历程
四、自由粒子波函数
1、20世纪初之前的物理学的成就
——牛顿力学
——热力学和统计物理学
——麦克斯韦方程组
——波动光学
一、经典物理学的困难
1899年开尔文在欧洲科学家新年聚会的贺词中说:物理学晴朗的天空上, 飘着几朵令人不安的乌云
黑体辐射
迈克尔逊
—莫雷实验
光电效应
氢原子光谱
康普顿效应
量子力学
狭义相对论
2、世纪之交实验物理学对理论物理学的挑战
(1)迈克耳逊—莫雷实验
1887年,阿尔贝特·迈克尔逊和爱德华·莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了测量以太速度的实验。但结果一无所获,从而证明了以太不存在,说明了光速在真空中的不变性。
十八十九世纪时,人们认为“真空”中存在着一种无所不在的物体称为“以太”,光波应该通过以太传播。
(2)固体比热
固体的低温热容量,根据杜隆—泊替定律,能量均分定理,每一个自由度, 1mol固体的热容量为:
kT/2
因此固体的定容mol比热为: 3R
与温度T无关。
但,实验仅在室温以上成立,低温时CV(T)下降,与T有关。
B
k
T
2
(3)黑体辐射
绝对黑体的空腔模型
一个物体能全部吸收透射在它上面的辐射而无反射,这种物体称为绝对黑体。
在一定温度下,当空腔与内部的辐射处于平衡时,腔壁单位面积所发出的辐射能量与其吸收的辐射能量相等,实验测出平衡时辐射能量密度按波长分布的曲线,其形状和位置只与黑体的温度有关与空腔材料或形状无关。
维恩(Wien)由热力学的讨论,加上一些特殊的假设得出一个分布公式,维恩公式:
即随着温度升高,热辐射峰值向短波高频方向移动。
瑞利(Rayleigh)和金斯(Jeans)根据经典电动力学和统计物理学也得到一个黑体辐射能量分布公式,瑞利—金斯公式:
可以看出这个公式对高频无效,因为此时能量密度趋于无限大,这就是著名的紫外灾难。
o
实验值
/μm
维恩线
瑞利--金斯线
紫
外
灾
难
普
朗
克
线
1
2
3
4
5
6
7
8
下面我们将说到普朗克公式
(4)光电效应
光的照射下,金属中的电子吸收光能而逸出金属表面的现象称为光电效应。
爱因斯坦于1905年提出光量子(光子)理论,成功解释光电效应。
O
O
O
O
O
O
V
G
A
K
B
O
O
m
光电效应实验装置图