波和粒子1详解.pptVIP

第十二章 波和粒子 ;第十二章 波和粒子;到十九世纪末期，物理学各个分支的发展都已日臻完善，并不断取得新的成就。首先在牛顿力学基础上，哈密顿和拉格朗日等人建立起来的分析力学，几乎达到无懈可击的地步，特别是十九世纪中期，海王星的发现充分表明了牛顿力学是完美无缺的。其次，通过克劳修斯、玻耳兹曼和吉布斯等人的巨大努力，建立了体系完整而又严密的热力学和统计力学，并且应用越来越广泛。;由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现象进行的深入而系统的研究，为电动力学奠定了坚实的基础，特别是由麦克斯韦的电磁场方程组预言了电磁波的存在，随即被赫兹的实验所证实。后来又把牛顿、惠更斯和菲涅耳所建立的光学也纳入了电动力学的范畴，更是一项辉煌的成就。;因此当时许多著名的物理学家都认为物理学的基本规律都已被发现，今后的任务只是把物理学的基本规律应用到各种具体问题上，并用来说明各种新的实验事实而已。就连当时赫赫有名对物理学各方面都做出过重要贡献的权威人物开耳文在一篇于1900年发表的瞻望二十世纪物理学发展的文章中也说：“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只需要做一些零星的修补工作就行了”，;不过接着又指出：“但是在物理晴朗天空的远处，还有两朵小小令人不安的乌云”，即运用当时的物理学理论所无法正确解释的两个实验现象，一个是热辐射现象中的紫外灾难，另一个是否定绝对时空观的迈克尔逊--莫雷实验。正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐观情绪，为后来建立近代物理学的理论基础作出了贡献。;所有这些实验结果都是经典物理学无法解释的，它们使经典物理处于十分困难境地，为摆脱这种困境，有一些思想敏锐而又不受旧观念束缚的物理学家纷纷重新思考研究，在二十世纪初期，建立起了近代物理的两大支柱------量子论和相对论，并在这个基础上又建立起以研究原子的结构、性质及其运动规律为目的的原子物理学，后来又进一步发展，相继建立起原子核物理学和基本粒子物理学，这些内容统称为量子物理学。;本章主要内容： 1、普朗克能量子假设 2、爱因斯坦光子理论 3、康普顿效应的解释 4、玻尔氢原子理论 5、实物粒子的波粒二象性。 6 、不确定关系 7 、薛定谔方程 ; 基 本 要 求;1、理解爱因斯坦光子理论对有关实验的解释,并能进行有关计算 。 2、理解玻尔氢原子理论,并能进行有关计算 。 3、了解德布罗意的物质波假设。 4 、了解不确定关系,并会作简单估算.; §12—1 量子论的出现;一. 黑体辐射和普朗克能量子假说 ;辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。;单色辐射出射度（单色辐出度）：一定温度 T 下，物体单位面元在单位时间内 发射的波长在 ?~ ? +d? 内的辐射能 dM? 与波长间隔 d? 的比值;绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。;1700K; 黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比：; 对于给定温度T ，黑体的单色辐出度 有一 最大值,其对应波长为 。;维恩经验公式;瑞利--金斯经验公式;;o;普朗克公式还可以用频率表示为：; 能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作 谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。; 振子在辐射或吸收能量时，从一个状态跃迁到另一个状态。在能量子假说基础上，普朗克由玻尔兹曼分布律和经典电动力学理论，得到黑体的单色辐出度，即普朗克公式。;伏安特性曲线;经典物理与实验规律的矛盾 ;2.爱因斯坦光子理论;2)爱因斯坦光电效应方程; 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。;3. 光子;3. 康普顿效应;X光管; 康普顿发现,在散射光中除了有与入射光波长λ0 相同的射线之外，同时还出现一种波长λ大于λ0 的射线。这种改变波长的散射称为康普顿效应。; 康 普 顿 散 射 与 角 度 的 关 系;光子理论的解释;因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。;*2） 康普顿效应的定量分析;最后得到：; X射线的散射现象，理论与实验的符合，不仅有力地证实了光子理论，而且也证实了能量守恒和动量守恒两条定律，在微观粒子相互作用的基本 过程 中，也同样严格地遵守。;例 波长为 1.000? 的X射线在碳块上作康普顿散射实验 ， ??射角?=60度。