量子物理初步第1頁第1頁（3）絕對黑體——只吸取輻射能而不反射物體，抱負(fù)模型。自然界中吸取能力最強(qiáng)煤煙和黑色琺瑯質(zhì)吸取能力為：99%。黑體模型：見圖，小孔可視為黑體表面。測量小孔輻射能量規(guī)律，即為黑體輻射規(guī)律。測量裝置：黑體平行光管棱鏡熱電偶第2頁第2頁一.量子物理建立1.晴朗天空中另一朵烏云——黑體輻射規(guī)律（1）熱輻射現(xiàn)象物體輻射電磁波解釋：物體內(nèi)分子或原子可視為帶電線性諧振子，振動時將輻射電磁波。諧振子振動頻率各不相同，輻射電磁波中含有各種波長，同一頻率諧振子個數(shù)不同，不同波長輻射能量也不同。（2）描述輻射物理量單色輻出度Mλ(T)——在λ—λ+dλ范圍內(nèi)物體單位面積上輻射功率。輻出度M(T)——物體單位面積上輻射功率輻出度與溫度及物體相關(guān)。第3頁第3頁熱電偶在不同方位可測出波長不同電磁波對應(yīng)能量。試驗曲線以下：Mλλ對此試驗曲線，1893年維恩用類比法（將黑體能譜分布假設(shè)與麥克斯威速率分布一致）得到一理論公式，但僅在短波處吻合。19瑞利（LordRayleigh）與金斯（J.HJeans）用能均分定理（每個諧振子能量均為kT）導(dǎo)出另一公式，但僅在長波處相近，在短波處Mλ→∞,物理學(xué)史上稱為紫外劫難。第4頁第4頁2.普朗克假說普朗克：1858年生于德國基爾，著名物理學(xué)家，量子理論創(chuàng)始人。19普朗克在維恩與瑞利公式啟發(fā)下，嘗試在二人公式之間建立一個內(nèi)插式公式，使它在長波方面靠近瑞利公式，短波方面靠近維恩公式，通過努力取得成功，并以《論維恩位移公式改進(jìn)》為題于1900.10.19公布在德國物理學(xué)會年會上。發(fā)表當(dāng)晚，德國試驗物理學(xué)家魯本斯就將此公式與其擁有試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)覺準(zhǔn)確相符。本來普朗克是將試驗數(shù)據(jù)與兩個不正確公式湊出一個半經(jīng)驗公式，從理論上得不到任何解釋。普朗克曾說：“即使這個新輻射公式居然證實是絕對正確，但是假如把它僅僅看作是一個僥幸揣測出來內(nèi)插式公式，那么它第5頁第5頁價值也是有限?！痹谟辛嗽囼炛С趾螅绽士碎_始了兩個月緊張工作，他認(rèn)為這兩個月是他一生中最困難時期，他發(fā)覺，要想合理解釋自己提出新公式，只有冒天下之大不違，提出一個假說，物體在發(fā)射或吸取輻射時能量是不連續(xù)，機(jī)械鎮(zhèn)子能量值是分離，只能是某一最小能量整倍數(shù)。ε，2ε，3ε，4ε，…振動頻率為ν諧振子最小能量為1900.12.14普朗克以《正常光譜中能量分布理論》為題宣布了自己大膽假設(shè)及由此而推導(dǎo)公式簡便辦法。這一天后被視為量子理論及原子物理第6頁第6頁誕生日。與典型理論沖突：從十七世紀(jì)牛頓力學(xué)創(chuàng)建以來，以及微積分建立，一切自然過程都被理所當(dāng)然視為連續(xù)。法國大數(shù)學(xué)家萊布尼茲曾說：“現(xiàn)在把未來抱在懷中，任何一個給定狀態(tài)只能用緊接在前面那個狀態(tài)來解釋，假如對這一點提出疑問，那么世界將會呈現(xiàn)許多間隙，而這些間隙就會將這條含有充足理由普遍規(guī)律推翻，結(jié)果迫使我們不得不乞求于奇跡或純正機(jī)遇來解釋自然現(xiàn)象了。”他還說：“自然界無跳躍”普朗克理論遭遇：由于典型理論輝煌成就，普朗克理論在發(fā)表第7頁第7頁十年里一直極少受人重視。在19出版《自然科學(xué)和技術(shù)史手冊》上詳細(xì)列舉了19全世界120項發(fā)覺與創(chuàng)造，未提及普朗克發(fā)覺。因為外界反應(yīng)冷淡，及本身傳統(tǒng)觀念束縛，普朗克對自己理論正確性也產(chǎn)生了懷疑，他說他理論“純正是一個形式上假設(shè)”。他告誡自己與他人“在將作用量子h引入理論時，應(yīng)該盡也許保守從事，除非證實絕對必要，不然不要改變現(xiàn)有理論”。在愛因斯坦提出光量子理論時，首先反正確是普朗克，他說愛因斯坦“在思變中走太遠(yuǎn)了，迷失了方向”。在19，他開始對他量子概念在條件上加以限制，認(rèn)為黑體只有在發(fā)射電磁波時才是不連續(xù)，19以后，他甚至認(rèn)為，只有再做一些努力，他就能夠用經(jīng)典理論得出他公式，到19他完全第8頁第8頁放棄了量子理論，此后他對量子理論再未起任何作用。對自己后退行為，普朗克曾做過自我評價，他說：“企圖使基本作用量子與經(jīng)典理論調(diào)和起來這種徒勞無益打算，我連續(xù)了很多年（直到19），它使我付出了巨大精力。我許多同僚們認(rèn)為這近乎一個悲劇，不過我對此有不同看法。因為我由此而取得透徹啟示是更有價值?！睘楸碚闷绽士藢α孔永碚撻_創(chuàng)所做出不朽奉獻(xiàn)，19他取得了諾貝爾物理學(xué)獎。3.光子理論提出（1）光電效應(yīng)試驗現(xiàn)象：光照射金屬表面使其逸出電子現(xiàn)象。第9頁第9頁試驗結(jié)果：存在紅線頻率——使電子逸出金屬表面頻率下限。馳豫時間：光照射金屬表面電子逸出時間。無論光強(qiáng)大小，電子逸出時間幾乎使瞬時，10-9s。波動學(xué)說無法解釋：紅線頻率：波動理論，光能量正比與光強(qiáng)，只要光強(qiáng)足夠大，時間足夠長，電子總能夠吸取足夠能量克服金屬表面束縛，不應(yīng)有紅限頻率。馳豫時間：波動理論，電子吸取能量需要時間，時間長短與光強(qiáng)相關(guān)。愛因斯坦從普朗克能量子假設(shè)中受到啟發(fā)，他認(rèn)為諧振子在發(fā)射與吸取時是量子化，輻射能第10頁第10頁本身也是量子化，他把光想象成一束以光速運(yùn)動粒子流，粒子被稱為光量子，現(xiàn)稱光子。光子能量：光子動量：光電效應(yīng)方程：光子理論能夠較好解釋光電效應(yīng)，但在19，這種提法被大多數(shù)物理學(xué)家視為數(shù)學(xué)上技巧，他們認(rèn)為光實質(zhì)是電磁波這是不容置疑，即使他們知道光子學(xué)說能夠有效解釋光與物質(zhì)互相作用現(xiàn)象。19愛因斯坦因此取得諾貝爾物理學(xué)獎。第11頁第11頁（2）康普頓X射線試驗試驗裝置X源散射物質(zhì)晶體探測器晶體與探測器構(gòu)成攝譜儀，可測量散射光線波長?？灯疹D發(fā)覺散射光譜中除有原波長外，尚有射線，此稱為康普頓效應(yīng)。試驗規(guī)律：散射波長改變與散射物質(zhì)無關(guān)，僅與散射角相關(guān)。原子量小物質(zhì)康普頓效應(yīng)強(qiáng)。第12頁第12頁波動學(xué)說無法解釋：按光波動理論，當(dāng)電磁波入射媒質(zhì)，媒質(zhì)原子中電偶極子將作受迫振動，振動頻率為入射電磁波頻率，所發(fā)出電磁波頻率應(yīng)與入射電磁波頻率相同。光子說解釋：光子與電子相撞，失去部分能量，光子與原子實（原子核與內(nèi)層電子結(jié)合體）相撞，能量基本無損失，波長不變。重原子內(nèi)層電子較多，效應(yīng)不明顯，輕原子則反之。波長改變量僅與散射角相關(guān)，可由光子與電子碰撞時遵守能量守恒與動量守恒推導(dǎo)出來。第13頁第13頁以上三個試驗均證實了光粒子性，即光在發(fā)射、傳播、接受過程中含有明顯粒子性，這是