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尚辅网 / 第16章 量子物理（Quantum Physics） 一、旧量子论的形成（冲破经典－量子假说） 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 电磁辐射能量量子化 1913 N.Bohr 原子能量量子化 二、量子力学的建立（崭新概念） 1923 de Broglie（德布罗意 ）电子具有波动性 1926 - 27 Davisson, G.P.Thomson 电子衍射实验 1925 Heisenberg 矩阵力学 1926 Schroedinger 波动方程 1928 Dirac 相对论波动方程 量子史话 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。 学习现代物理学发展史的重大意义： 1）科学家如何抓住机遇，克服困难，勇于突破传统观念束缚的创新思想和锲而不舍的探索精神，以及作为一个成功者所具有的高尚品德. 2）科学发展不是一帆风顺的，有成功也有失败，而且科学争论永远不断，正是不同学术观点之间的科学争论的不断产生和解决推动着人类科学认识的不断深入和发展. 量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史. 其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到 20 世纪 30 年代就建立了一套完整的量子力学理论. 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，德布罗意（P.L.de Broglie）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。 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。 一 黑体 黑体辐射 热辐射 任何物体在任何温度下都会发射不同频率 的电磁波的现象为热辐射.物体在任何时候都存在发射 和吸收电磁辐射的过程. 实验证明热辐射具有如下规律: 1. 辐射能量按频率的分布随温度而不同. 2. 不同物体在某一频率范围发射和吸收辐射的能 力不同; 同一物体在某一频率范围发射越强, 吸收也越 强 . 16 – 1 黑体辐射 普朗克能量子假设 实验表明 辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强. 黑体 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体 .（黑体是理想模型） 1.单色辐射出射度 单位时间内从物体单位面积发出的频率在 附近单位频率区间（或波长在 附近单位波长区间）的电磁波的能量 . 单色辐射出射度 单位： 单色辐射出射度 单位： 定量研究热辐射的有关物理量 2.辐射出射度（辐出度）单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和. 会聚透镜 空腔 小孔 平行光管 棱镜 热电偶 测量黑体辐射出射度实验装置 二 斯特藩 — 玻耳兹曼定律