高中物理竞赛教程：3.1《初期量子理论》.doc

本资料来自于资源最齐全的世纪教育网世纪教育网中国最大型最专业的中小学教育资源门户网站版权所有世纪教育网第三讲有关量子的初步知识初期量子理论世纪之初物理学家为解释一些经典物理所不能解释的实验规律提出了量子理论量子理论经过进一步发展形成了量子力学使量子力学成为近代物理学的两大支柱之一普朗克量子论一切物体都发射并吸收电磁波物体发射电磁波又称热辐射温度越高辐射的能量越多辐射中短波成份比例越大完全吸收电磁辐射的物体发射电磁辐射的本领也最强称这种理想的物体为黑体研究黑体辐射电磁波长的能量与黑体温度以及电磁波波长的关系从实验上得出了著名的黑体辐射定律假设电磁辐射是组成黑体的谐振子所发出按照经典理论谐振子的能量可以连续地变化电磁波的能量也是可以连续变化的但是理论结果与实验定律相矛盾年德国物理学家普朗克提出了量子理论黑体中的振子具有的能量是不连续的从而他们发射或吸收的电磁波的能量也是不连续的如果发射或吸收的电磁辐射的频率为则发射或吸收的辐射能量只能是的整倍数为一普适常量称为普朗克常量普朗克的量子理论成功地解释了黑体辐射定律这种能量不连续变化的概念是对经典物理概念的革命普朗克的理论预示着物理观念上革命的开端爱因斯坦光子理论因为电磁波理论也不能解释光电效应在普朗克量子论的基础上爱因斯坦于年提出了光子概念他认为光的传播能量也是不连续的而是一份一份的每一份能量称为一个光子即光是由光子组成的频率为光的光子能量等于为普朗克常量光子理论圆满地解释了光电效应人们对光本性的认识前进了一步光具有波粒二象性本资料来自于资源最齐全的世纪教育网世纪教育网中国最大型最专业的中小学教育资源门户网站版权所有世纪教育网在经典物理中波是连续的粒子是分立的二者不相容所以不能把光看作经典物理中的波也不能把光看作经典物理中的粒子故此有了爱因斯坦光电方程为逸出功为光子频率为光电子质量电子及其他粒子的波动性我们已经了解到玻尔把普朗克的量子论和爱因斯坦的光子理论应用到原子系统上于年提出了原子理论按照玻尔理论原子中存在着分立的能级电子从某一能级向另一能级跃迁时发射或吸收一个光子这与经典物理的概念也迥然不同这就启发人们组成原子的粒子如电子必然不是经典意义下的粒子所遵从的规律也不同于经典物理的规律在光具有波粒二象性的启发下法国物理学家德布罗意提出一个问题在光学中比起波的研究方法来如果说过于忽视粒子的研究方法的话那么在粒子的理论上是不是发生了相反的错误把粒子的图象想得太过分而过分忽视了波的图象呢接着他在年提出了一个假说认为波粒二象性不只是光子才有一切微观粒子包括电子质子和中子都有波粒二象性他指出具有质量和速度的运动粒子也具有波动性这种波长等于普朗克恒量与粒子动量的比即这个关系式称做德布罗意公式根据德布罗意公式很容易算出运动粒子的波长后来又用原子射线和分子射线做类似的实验同样得到了衍射图样质子和中子的衍射实验也做成功了这就证明了一切运动的微观粒子都具有波粒二象性其波长与动量的关系都符合德布罗意公式粒子的波动性又称为德布罗意波或图电子衍射图样图伦琴射线衍射图样本资料来自于资源最齐全的世纪教育网世纪教育网中国最大型最专业的中小学教育资源门户网站版权所有世纪教育网物质波我们不能把电子等微观粒子视为经典的粒子也不能把物质波视为经典的波试验和论理的进一步研究发现电子等微观粒子的波动性与声波或电磁波的特性并不完全相同它们遵从的规律也不一样这就导致了量子力学的诞生