量子物理_从经典物理到现代物理概述

从经典物理到现代物理概述 物理学的分支及近年来发展的总趋势 力学 经典物理 热学 电磁学 物理学 光学 相对论 现代物理 关键概念的发展 量子论 力学 电磁学 相对论 量子论 热学 时间t 1600 1700 1800 1900

从经典物理到现代物理概述 一. 物理学的分支及近年来发展的总趋势 物理学 经典物理 现代物理 力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子论 时间 t 关 键 概 念 的 发 展 力学 热学 电磁学 相对论 量子论 1600 1700 1800 1900

1.近年来的发展: 粒子物理高能加速器产生新粒子,已发现300种。 (用麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学。) 天体物理运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球 进行观测和研究,从而得出相应的天文规律的学科 (用经典、量子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理。) 实太阳中微子短缺问题 引力波存在的问题 实物体的速度能否超过光速的问题 2生物物理有机体遗传程序的研究 有机体遗传程序的研究(须运用量子力学、统计 物理、X射线、电子能谱和核磁共振技术等) 非平衡热力学及统计物理

1. 近年来的发展： * 粒子物理 高能加速器产生新粒子，已发现300种。 (用麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学。) * 天体物理 运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球 进行观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科。 (用经典、量子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理。) ** 太阳中微子短缺问题 ** 引力波存在的问题 ** 物体的速度能否超过光速的问题 * 生物物理有机体遗传程序的研究 ** 有机体遗传程序的研究（须运用量子力学、统计 物理、X射线、电子能谱和核磁共振技术等）。 ** 非平衡热力学及统计物理

2.物理学发展的总趋向: 2学科之间的大综合 2相互渗透结合成边缘学科。 生物物理、生物化学、物理化学、量子化学 量子电子学、量子统计力学、固体量子论。 3.二十世纪物理学中两个重要的概念:场和对称性 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出 1.黑体辐射问题,即所谓“紫外灾难”。 2.光电效应康普顿效应。 3.原子的稳定性和大小

2. 物理学发展的总趋向： * 学科之间的大综合。 * 相互渗透结合成边缘学科。 生物物理、生物化学、物理化学、量子化学 量子电子学、量子统计力学、固体量子论。 3. 二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性 二. 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出 2. 光电效应 康普顿效应。 1. 黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”。 3. 原子的稳定性和大小

第1章波粒二象性 §1黑体辐射普朗克能量子假说 基本概念 实验表明:一切物体是以电磁波的形式向外辐射能量 辐射的能量与温度有关,称之为热辐射 辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。 单色辐出度 M(,7、dm(λ,7)单位时间、单位表面积、 上所辐射出的,单位波长 总辐出度 间隔中的能量。 M(7)=CM(,7)d2单位时间、单位表面积 上所辐射出的各种波长 电磁波的能量

§1 黑体辐射 普朗克能量子假说 实验表明：一切物体是以电磁波的形式向外辐射能量。 辐射的能量与温度有关，称之为热辐射。 辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。 单色辐出度    d dm T M T ( , ) ( , ) = 单位时间、单位表面积、 上所辐射出的，单位波长 总辐出度 间隔中的能量。 单位时间、单位表面积、 上所辐射出的各种波长 电磁波的能量。   = 0 M(T) M(,T)d 一. 基本概念 第 1 章 波粒二象性

吸收比 a(,7)=吸收能量 入射总能量 反射比 P(,)反射能量 入射总能量 对于非透明物体a(2,7)+D(4,7)=1 二.绝对黑体的热辐射规律 对于任意温度、或波长,绝对黑体的吸收比都恒为1 用不透明材料制成一空心容器, 壁上开一小孔,可看成绝对黑体

入射总能量 吸收能量 吸收比 (,T) = 反射比 入射总能量 反射能量 (,T) = (,T) + (,T) =1 二. 绝对黑体的热辐射规律 对于任意温度、或波长，绝对黑体的吸收比都恒为1 用不透明材料制成一空心容器， 壁上开一小孔，可看成绝对黑体 对于非透明物体

1.基尔霍夫定律 在热平衡下,任何物体的单色出与吸收比之比 是个普适函数与材料种类无关。 M(λ)=M(T) a(n,T' 这一普适函数就是绝对黑体的单色辐出度M0x,T) 绝对黑体的辐出度 M()= Mou, T)dn

1. 基尔霍夫定律： 这一普适函数就是绝对黑体的单色辐出度M0 (,T)   = 0 0 0 M (T) M (,T)d 绝对黑体的辐出度 ( , ) ( , ) ( , ) M0 T T M T     = 在热平衡下，任何物体的单色辐出度与吸收比之比， 是个普适函数,与材料种类无关

2.斯忒藩一玻耳兹曼定律 M0()=074a=567×108瓦/(米2开4) 3.维恩位移定律 M0(,T) 实验发现:当绝对黑体的 1700k 温度升高时,单色辐出度 最大值对应的λm向短波方 1500k 向移动。 1300k T2=b b=2897×103米.开

2. 斯忒藩⎯-玻耳兹曼定律  = 5.6710−8 瓦（米/ 2 开4 ） 3. 维恩位移定律 b = 2.89710−3 米开 实验发现：当绝对黑体的 温度升高时，单色辐出度 最大值对应的m 向短波方 向移动。 ( , ) M0  T  1700k 1500k 1300k

三.经典物理遇到的困难 实验 瑞利和琼斯用M(A,T) 能量均分定理 瑞利琼斯 电磁理论得出 ckt M0(x,7) 丶维恩理论值 只适于长浪,有所谓的 T=1646k “紫外灾难 维恩根据经典热力学得出: 370×10-1焦耳·米2/秒 Mo(,7) aT C2=143×102米开

三. 经典物理遇到的困难 * 瑞利和琼斯用 能量均分定理 电磁理论得出： 0 4 2 ( , )    ckT M T = 只适于长波，有所谓的 “紫外灾难”。 ( , ) M0  T  实验 瑞利-琼斯 维恩理论值 T=1646k * 维恩根据经典热力学得出： T c e c M T    2 5 1 0 ( , ) − = c1 = 3.7010−16焦耳米2 /秒 c2 =1.4310−2 米开

四.普朗克能量子假说 ☆辐射物体中包含大量谐振子的能量是取特定的分立值 存在着能量的最小单元(能量子ε=hv); h=6626×1034焦耳。 ☆振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量 从理论上推出: M0(,7)=2mhc223-ha k和c分别是玻尔兹曼常数和光速。 普朗克假说不仅圆满地解释了绝对黑体的辐射问题, 还解释了固体的比热问题等等。它成为现代理论的 重要组成部分

四. 普朗克能量子假说 * 辐射物体中包含大量谐振子的能量是取特定的分立值 * 存在着能量的最小单元（能量子=h); h=6.62610-34焦耳。 * 振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量 从理论上推出： 1 1 ( , ) 2 2 5 0 − = − k T h c e M T hc     k和c 分别是玻尔兹曼常数和光速。 普朗克假说不仅圆满地解释了绝对黑体的辐射问题， 还解释了固体的比热问题等等。它成为现代理论的 重要组成部分

*普朗克能量子假说 实验 M0(, 瑞利琼斯 普朗克悝锂论值 丶维恩理论值 彦朗克的理论结果 T=1646k M0(,m)=2mhc2251 hc knT

1 1 ( , ) 2 2 5 0 − = − k T h c e M T hc     ( , ) M0  T  实验 瑞利-琼斯 维恩理论值 T=1646k 普朗克理论值 * 普朗克能量子假说 普朗克的理论结果