Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom Chapter 33 Early Quantum Theory and models of the atom 1. Planck's Quantum Hypothesis 2 The photoelectric Effect 3. Compton Effect 4. Wave Nature of matter
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom 1. Planck’s Quantum Hypothesis 2. The Photoelectric Effect 3. Compton Effect 4. Wave Nature of Matter
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom New words and expressions quantum hypothesis 量子假设 black-body 黑体 radiation 辐射 Planck's quantum hypothesis 普朗克假设 quantized 量子化 The photoelectric effect 光电效应 stopping potential 遏止电压
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom New words and expressions quantum hypothesis 量子假设 black-body 黑体 radiation 辐射 Planck’s quantum hypothesis 普朗克假设 quantized 量子化 The photoelectric effect 光电效应 stopping potential 遏止电压
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom cutoff frequency 红限频率 Einstein’ s Photoelectric Equation爱因斯光电方程 work function 逸出功 compton effect 康普顿效应 matter wave(de broglie wave) 物质波 Wave-Particle duality 波粒二象性 Complementarity 互补性
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom cutoff frequency 红限频率 Einstein’s Photoelectric Equation 爱因斯光电方程 work function 逸出功 compton effect 康普顿效应 matter wave (de Broglie wave) 物质波 Wave-Particle Duality 波粒二象性 Complementarity 互补性
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom 量子物理引言 到十九世纪未期,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
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom 量子物理引言 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
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom 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 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,就连当时赫赫有名 的权威人物开耳文勋爵在一篇于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”,不过他还不愧为一名确有远见卓识 的物理学家,因为他接着又指出:“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, 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
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom 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，就连当时赫赫有名 的权威人物开耳文勋爵在一篇于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” ，不过他还不愧为一名确有远见卓识 的物理学家，因为他接着又指出：“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
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom 作出了贡献。事实上还有第三朵小小的乌云,这就是 放射性现象的发现,它有力地表明了原子不是构成物 质的基本单元,原子也是可以分割的。 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
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom 作出了贡献。事实上还有第三朵小小的乌云，这就是 放射性现象的发现，它有力地表明了原子不是构成物 质的基本单元，原子也是可以分割的。 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
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom 次索尔维会 B927 N玻尔、M玻恩、WL布拉格、LV德布罗意、AH康 普顿、M居里、PAM狄喇克、A爱因斯坦、WK海森 堡、郎之万、W泡利、普朗克、薛定谔等
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom N.玻尔、M.玻恩、 W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康 普顿、M.居里、P.A.M 狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森 堡、郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔 等 第五次索尔维会议与会者合影(1927年)
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom 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 套完整的量子力学理论 微观世界的理论 量子力学 起源于对波粒二相性的认识 宏观领域 量子力学 经典力学 量子 力学—→现代物理的理论基础 相对论
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom 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. 量子力学 宏观领域 经典力学 现代物理的理论基础 量子力学 相 对 论 量子力学 微观世界的理论 起源于对波粒二相性的认识
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom 8 33-1 Planck's Quantum Hypothesis(P763-764) 1. Black- body radiation(黑体辐射) One of the observations that was unexplained at the end of the 19th century was the spectrum of light emitted by hot objects. 1)热辐射实验证明不同温度下物体能发出不同的电 磁波,这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐 射叫做热辐射. a we known that all objects emit radiation whose total intensity is proportional to the fourth power of the Kelvin temperature I∝T
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom §33-1 Planck’s Quantum Hypothesis (P763－764) 1. Black-body Radiation (黑体辐射) One of the observations that was unexplained at the end of the 19th century was the spectrum of light emitted by hot objects. 1) 热辐射 实验证明不同温度下物体能发出不同的电 磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐 射叫做热辐射. A we known that all objects emit radiation whose total intensity is proportional to the fourth power of the Kelvin temperature. 4 I T
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the atom 2)辐射出射度(辐出度)「钨丝和太阳的单色辐出度曲线 单位时间,单位,太阳M,m)0wW(m2,H) 面积上所辐射出的各钨丝M(D)100W(m2Hz) 种频率(或各种波长) 太阳 2(5800K) 的电磁波的能量总和 10 可见 )光区 8 MT bM(O)dv6/钨丝 5800K) 4 M(T)=[MA()d22 v/10Hz 024681012
Chapter 33 Early Quantum Theory and Models of the Atom 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. = 0 M(T) M (T)d 0 2 4 6 8 10 12/10 Hz 14 钨丝和太阳的单色辐出度曲线 2 12 10 4 6 8 ( )(10 W/(m Hz)) 8 2 − 太阳 M T 可见 光区 钨丝 （5800K） 太阳 （5800K） ( )(10 W/(m Hz)) 9 2 − 钨丝 M T = 0 M(T) M (T)d