1、量子力学的实验基础,本章内容,四个主要内容,经典物理学的困惑,(一）经典物理学的成功 19世纪末，物理学理论在当时看来已经发展到相当完善的阶段。主要表现在以下两个方面： (1) 应用牛顿方程成功的讨论了从天体到地上各种尺度的力学客体体的运动，将其用于分子运动上，气体分子运动论，取得有益的结果。1897年汤姆森发现了电子，这个发现表明电子的行为类似于一个牛顿粒子。 (2) 光的波动性在1803年由杨的衍射实验有力揭示出来，麦克斯韦在1864年发现的光和电磁现象之间的联系把光的波动性置于更加坚实的基础之上。,但是这些信念，在进入20世纪以后，受到了冲击。经典理论在解释一些新的试验结果上遇到了严重的
2、困难。 （1）黑体辐射问题 （2）光电效应 （3）氢原子光谱,（二）经典物理学的困难,第一节,热辐射,定性图述,炽热状态,单色辐出度,辐出度,一般辐射的复杂性,二、黑体辐射,（随物而异）,（故亦随物而异）,但理论研究表明,各种同温物体,对同一波长辐射能的,单色吸收本领,单色发射本领,比值相同,黑体辐射成为研究实际,物体热辐射问题的基础。,（随物而异）,黑体,二、黑体辐射,黑体实验模型,黑体辐射测量,黑体辐射规律,紫外灾难,普朗克公式,三、普朗克公式及能量子假说,理论曲线,能量子假设,黑体例一,黑体例二,第二节,爱因斯坦与康普顿,光电效应实验,一、光电效应,石英窗,光束射到金属表面使电子从金属中
3、脱出的现象称为光电效应。,实验基本规律,波动理论的困难,光量子理论,光子能、质、动量式,光电效应方程,金属中一个电子吸收一个光子的能量,红限、逸出功数据表,光子论的成功解释,爱因斯坦因此而获得了1921年诺贝尔物理学奖,光电效应例题,康普顿效应概述,X射线发生散射,二、康普顿效应,偏移散射角实验,不同物质实验,散射要点归纳,偏移机理示意图,康普顿偏移公式,有关现象解释,偏移公式推导,续36,康普顿、光电效应比较,康普顿效应与光电效应都涉及光子与电子的相互作用。,在光电效应中，入射光为可见光或紫外线，其光子能量为ev数量级，与原子中电子的束缚能相差不远，光子能量全部交给电子使之逸出，并具有初动能
4、。光电效应证实了此过程服从能量守恒定律。,康普顿效应例一,康普顿效应例二,康普顿效应例三,康普顿效应例四,随堂小议,小议链接1,小议链接2,小议链接3,小议链接4,第三节,氢原子光谱,一、氢原子光谱的谱线系,从1885年至1924年科学家们先后在可见光、紫外和红外区发现了氢原子的光谱线系列，并得到普遍的实验规律：,里德伯常量,二、氢原子光谱的实验规律,系序数 m,系内的线序数 l,里兹组合原则,三、里兹组合原则,经典理论的困难,四、经典理论解释原子光谱规律的困难,玻尔续量子实验,定态假设,在这些轨道上运动的电子不辐射（或吸收）能量而处于稳定状态，称为定态。,定 态 轨 道,量子化条件假设,频率条件假设,电子轨道半径,能量公式,氢光谱导出公式,算例,可能幅射的谱线波长,玻尔理论的局限,玻尔的氢原子理论开创了运用量子概念研究原子光谱的先河，同时这一理论也面临着新的困难与考验。,第四节,德布罗意,光的波粒二象性,一、光的波粒二象性,二象性统计解释,摄影底板或显微观察,光子衍射,物质波假设,德布罗意公式,物质波例一,物质波例二,物质波例三,电子衍射实验,一、电子衍射实验,电子衍射附图一,电子衍射附图二,电子及中子衍射,
