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第1页，共37页，星期日，2025年，2月5日第一节20世纪初的物理学革命一、世纪之交物理学三大发现二、经典物理学上空的“两朵乌云”三、世纪的序幕——量子诞生记四、1905——创造奇迹的一年五、广义相对论的建立六、量子力学理论体系的建立第2页，共37页，星期日，2025年，2月5日一、世纪之交物理学三大发现X-射线：1895，（德）伦琴放射性：1896，（法）A?H?贝克勒尔电子：1897，（英）J?J?汤姆逊第3页，共37页，星期日，2025年，2月5日二、经典物理学上空的“两朵乌云”“以太漂移”的探索：1887，M-M黑体辐射研究中发生的“紫外灾”难题：1900，瑞利第4页，共37页，星期日，2025年，2月5日三、世纪的序幕——量子诞生记1．黑体辐射研究遭遇“紫外灾难”基尔霍夫（Kirchhoff，1824—1887）1859年，基尔霍夫定律：1860年，基尔霍夫引入了绝对黑体的概念第5页，共37页，星期日，2025年，2月5日1896年，维恩辐射定律。维恩由于发现了这一辐射定律而获得1911年诺贝尔物理学奖金。式中B和α是常量，ν为频率。维恩辐射定律在波长较短、温度较低时才与实验结果相符，而在长波区域却与实验结果之间有着很大的偏差。第6页，共37页，星期日，2025年，2月5日1900年，瑞利——金斯公式。应用瑞利——金斯公式求出来的理论值，当频率较低时，与实验结果符合得比较好，但是，随着频率的升高，与实验结果之间出现越来越大的偏差。当频率极高时，辐射能量将趋向于无穷大，即在紫色一端发散。后来，这个失败被埃伦菲斯特称为——“紫外灾难”。第7页，共37页，星期日，2025年，2月5日2．普朗克“量子”假说的提出1899年，普朗克依据热力学理论推导出维恩辐射定律。1900年10月，用“内插法”去寻求新的辐射公式，使其在长波部分渐进于瑞利——金斯公式，在短波部分渐进于维恩公式。1900年10月19日，《维恩辐射定律的改进》——这一公式与测量数据在任何情况下都令人满意地一致。第8页，共37页，星期日，2025年，2月5日1900年12月24日，量子论的诞生之日。《关于正常光谱的能量分布定律》——能量“量子化”的假设：物体在发射辐射和吸收辐射的过程中，能量不是无限可分的，而是有一个最小的单元。这个不能再分的最小的能量单元，称为“能量子”或“量子”，它的数值的大小与其震动频率ν成正比，其关系式可写成普朗克辐射公式（h为普朗克常数）第9页，共37页，星期日，2025年，2月5日3．爱因斯坦与普朗克

——对待“量子”的不同态度“能量子”假说与经典物理学理论是如此的格格不入普朗克虽然发现了能量子，却没能够立刻理解能量子，他当时认为能量子的存在“纯粹是一种形式上的假说”，他对它“没有想得太多”。1905年3月，爱因斯坦发表论文《关于光的产生和转化的一个推测性观点》，提出“光量子”假说。普朗克总想回到经典理论的立场。由于关于量子论的发现对物理学的发展所起的重大贡献，普朗克获得1918年度的诺贝尔物理学奖。第10页，共37页，星期日，2025年，2月5日四、1905——爱因斯坦的奇迹年1905年，爱因斯坦写下了五篇著名的论文：“关于光的产生和转化的一个启发性观点”，讨论了光量子及光电效应；“分子大小的新测定”，推导出计算分子扩散速度的数学公式；“关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动”，提供了分子确实存在的证明；“论动体的电动力学”，给出了著名的狭义相对论理论；“物体的惯性是否决定其内能”，根据狭义相对论提出了质量与能量可互换的思想。第11页，共37页，星期日，2025年，2月5日1．关于光量子论和

光的波粒二象性1905年3月，爱因斯坦在德国《物理学纪事》上发表了题为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文，提出了光量子假说，并利用光量子概念圆满地解释了光电效应。光是由一粒粒运动着的大量光子组成的粒子流，光的能量集中在光子上，其能量值为E，光的能量不仅在吸收和发射时是不连续的，在传播过程中也是不连续的；它与物质发生作用时也是以E为最小单位进行吸收和发射的。第12页，共37页，星期日，2025年，2月5日爱因斯坦光电效应的解释电子若要脱离金属表面，需要具备一定的逸出功。射向金属表面上的光，实质上就是具有能量是E的光粒子（光量子）流，当它照射到金属表面时，金属中的电子由于吸收了光子流中的光子而使自己的能量增加，能量增加值E。如果照射光的频率过低，则电子所增加的能量仍然小于其脱