物理奥赛辅导第十七章量子力学基础知识
更新时间:2023-07-30 00:14:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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第十七章 量子力学基础知识
量子力学是研究微观粒子(如电子,原子和分子等)运动规律的学科
量子力学的建立经历了由经典物理学到旧量子论,再由旧量子论到量子力学两个历史发展阶段。
微观粒子运动的特征
1 、几个代表性的实验
经典物理学发展到19世纪末,在理论上已相当完善,对当时发现的各种物理现象都能加以理论上的说明。它们主要由牛顿的经典力学,麦克斯韦的电、磁和光的电磁波理论,玻耳兹曼和吉布斯等建立的统计物理学组成。19世纪末,人们通过实验发现了一些新的现象,它们无法用经典物理学解释,这些具有代表性的实验有以下3个。
(1)黑体辐射
黑体是指能全部吸收各种波长辐射的物体,它是一种理想的吸收体,同时在加热它时,又能最大程度地辐射出各种波长的电磁波。
绝热的开有一个小孔的金属空腔就是一种良好的黑体模型。进入小孔的辐射,经多次吸收和反射,可使射入的辐射实际上全部被吸收,当空腔受热时,空腔会发出辐射,称为黑体辐射。
实验发现,黑体辐射能量与波长的关系主要与温度有关,而与空腔的形状和制作空腔的材料无关。在不同温度下,黑体辐射的能量(亦称辐射强度)与波长的关系如图所示。
许多物理学家试图用经典热力学和统计力学方法解释黑体辐射现象。瑞利(Rayleigh J W)和金斯(Jeans J H)把分子物理学中能量按自由度均分的原理用于电磁辐射理论,得到的辐射能量公式在长波处接近实验结果,在短波处和实验明显不符。特别是瑞利-金斯的理论预示在短波区域包括紫外以至x射线、γ射线将有越来越高的辐射强度,完全与事实不符,这就是物理学上所谓的“紫外灾难”。维恩(Wien W)假设辐射按波长分布类似于麦克斯韦的分子速度分布,得到的公式在短波处和实验结果接近,在长波处相差很大。
1900年普朗克(Planck M)在深入研究了实验数据,并在经典力学计算的基础上首先提出了“能量量子化”的假设,他认为黑体中原子或分子辐射能量时做简
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