大学物理-多媒体课件 -1 波粒二象性

《大学物理-多媒体课件 -1 波粒二象性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、量子物理2005年秋季学期QuantumPhysics陈信义编量子力学是研究原子、分子和凝聚态物质的结构和性质的理论基础，在化学、生物、信息、激光、能源和新材料等方面的科学研究和技术开发中，发挥越来越重要的作用。1900年，普朗克（M.Pulanck）提出能量子，即能量量子化的概念，这对经典物理理论是一个极大的冲击，因为能量的连续性在经典物理中是“天经地义”的事情。在物理学上，能量子概念的提出具有划时代的意义，它标志了量子力学的诞生。1905年，为解释光电效应，爱因斯坦提出光量子（光子）的概念，指出光具有波粒二象性。1923年

2、，德布罗意（P.L.deBroglie）提出实物粒子也具有波动性的假设。波粒二象性的假设，为物质世界建立了一个统一的模型。物质具有波粒二象性是建立量子力学的一个基本出发点。1927年，戴维孙（C.J.Davisson）和革末（L.H.Germer）通过镍单晶体表面对电子束的散射，观测到和X光衍射类似的电子衍射现象；同年，G.P.汤姆孙（G.P.Thomson）用电子束通过多晶薄膜，证实了电子的波动性。1925年，海森伯(W.Heisenberg)放弃电子轨道等经典概念，用实验上可观测到的光谱线的频率和强度描述原子过程，奠定了量

3、子力学的一种形式—矩阵力学的基础。1926年，薛定谔(E.Schrodinger)提出了非相对论粒子（能量远小于静能）的运动方程—薛定谔方程，由此方程出发的量子力学称为波动力学。矩阵力学和波动力学是等价的，前者偏重于物质的粒子性，后者偏重于物质的波动性，它们是量子力学的两种不同描述方式。薛定谔方程是微分方程，数学工具人们比较熟悉，我们只简要介绍波动力学。同年，狄拉克（P.A.M.Dirac）提出了电子的相对论性运动方程—狄拉克方程，把狭义相对论引入薛定谔方程，统一了量子论和相对论，为研究粒子物理的量子场论奠定了基础。量子物理的

4、理论基础独立于经典力学，同我们的日常感受格格不入。对于生活在宏观世界又比较熟悉经典力学的人们来说，学习量子物理确有一定难度。初学者往往试图用经典的概念去理解量子物理，这将使学习陷入困境。物理学是基于实验事实的信仰，对于量子物理来说尤其是这样。合理的假定总是有些道理可讲的，但它不能由更基本的假定或理论推导出来，其正确性只能用实验来检验。相信这些基本假定，并自觉应用它们去分析和解决问题，是学习和理解量子物理的第一步。强烈建议做好预习，带着问题来上课，否则你会觉得被动和郁闷。首先介绍揭示波粒二象性的实验规律，它们不但是建立量子力学的

5、实验基础，而且在现代科学技术中也有广泛的应用。然后简要介绍量子力学中的一些最基本的概念和规律。§1.1黑体辐射△§1.2光电效应（自学）§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不确定关系第1章波粒二象性Wave-particleduality§1.1黑体辐射（Black-bodyradiation）物体由大量原子组成，热运动引起原子碰撞使原子激发而辐射电磁波。原子的动能越大，通过碰撞引起原子激发的能量就越高，从而辐射电磁波的波长就越短。热运动是混乱的，原子的动能与温度有关

6、，因而辐射电磁波的能量也与温度有关。一、热辐射的基本概念1、热辐射（thermalradiation）例如：加热铁块，温度，铁块颜色由看蓝白色不出发光暗红橙色黄白色这种与温度有关的电磁辐射，称为热辐射。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：任何物体在任何温度下都有热辐射，波长自远红外区连续延伸到紫外区（连续谱）。温度辐射中短波长的电磁波的比例1400K800K1000K1200K几种温度下辐射最强的电磁波颜色头部的红外照片（热的地方显白色，冷的显黑色）低温物体（例如人体）也有热辐射，

7、但辐射较弱，并且主要成分是波长较长的红外线。中国第一张红外照片（熊大缜于1935年在清华大学气象台顶上拍摄的北京西山夜景）鸟的羽毛的颜色是不是热辐射？3、光谱辐出度（单色辐出度）M这种温度不变的热辐射称为平衡热辐射。（单位时间内）T单位面积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，monochromaticenergydensityofradiationM—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、和材料种类和表面情况4、（总）

8、辐出度（总发射本领）M(T)radiantexitance单位：w/m2monochromaticabsorptance5、单色吸收比（率）(T)的物体，维恩设计的黑体：二、黑体（blackbody）1、黑体：。黑体是理想化模型，能完全吸收各种波长电磁波而无反射不透明介质