量子力学诞生.ppt

经典物理学的困难 1、20世纪初之前的物理学的成就 a机械运动—牛顿力学 b热运动——热力学和统计物理学 C电磁现象—麦克斯韦方程组 d光学现象——波动光学 2、世纪之交实验物理学对理论物理学的挑战 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鸟云 迈克尔逊 光电效应 康普顿效应 奠雷实验 氢原子光谱 黑体辐射 狭义相对论 量子力学 (1)迈克耳逊一莫雷实验 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。 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 (2)固体比热 固体的低温热容量,根据杜隆一泊替定律,能 量均分定理,每一个自由度,1mo体的热容量 为 kT/2 因此固体的定容mo比热为:3R与温度T无 关。但,实验仅在室温以上成立,低温时cT下 降,与T有关。 CU=3Nk=3R (3)黑体辐射 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 量与其吸收的辐射能量相 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 dv=Cve-cvldi 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,瑞利一金斯公式 8akT 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 e,dv=Cve c di M20(T) 实验值 pdv C? Tidy 紫 难 瑞利-金斯线 维恩线 A/um 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 905年提出光量子 HO G 光子)理论,成 功解释光电效应 光电效应实验装置图 由光电效应得到四条规律: (a)单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成 正比:aN (b)光电子的初动能W随入射光的频率v线性增加, 而与入射光的强度无关:W=av+ =k- W U=c(A=0) mv2sekv-eU (c)只有当入射光频率v大于一定的频率时v才会 立生光电效应 d)光电效应是瞬时发生的:驰豫时间不超过 根据经典的电磁波理论能量的积累时间大约为 上述四点中,(a)可以用经典的理论解释,(b) (c)(d)却无法用经典理论解释