開爾文(1824-1907)

十九世紀末“物理學的大廈已經建成,以后人們的工作只是為其添磚加瓦而已”1邁—莫實驗否定了絕對參照系以太的存在；2熱輻射現象中的“紫外災難”；3放射性現象發現原子是可分的。

開爾文爵士于1900年4月27日在英國皇家學會的會議上發表了《Nineteenth-CenturyCloudsovertheDynamicalTheoryofHeatandLight》的著名演講。物理學分支及近年來發展總趨勢時間t關鍵概念的發展力學電磁學熱學相對論量子論1600170018001900物理學經典物理現代物理力學熱學電磁學光學相對論量子論非線性Thermogramofman室溫高溫吸收輻射瑞利—金斯公式經典物理的困難0123624瑞利-金斯公式紫外災難實驗曲線****************T=2000K普朗克（1858—1947）

德國理論物理學家，1900年12月14日在德國物理學會上，宣讀論文《關于正常光譜中能量分布定律的理論》.勞厄稱：“量子論的誕生日”.“為了從理論上得出正確的輻射公式，必須假定物質輻射（或吸收）的能量不是連續地、而是一份一份地進行的，只能取某個最小數值的整數倍”。

最小數值稱能量子，輻射頻率是ν的能量的最小數值ε=hν.

普朗克因此獲得1918年諾獎。普朗克假設、黑體輻射公式普郎克量子假說：——普朗克黑體輻射公式電磁波

若諧振子頻率為v，則其能量是0,hv,2hv,3hv,…,nhv,…

普朗克常數：h=6.626×10-34J·s腔壁上的原子能量諧振子與腔內電磁場交換能量時，能量的變化是hv的整數倍.01236瑞利-金斯公式24普朗克公式的理論曲線實驗值****************實驗值與普朗克公式理論曲線比較T=2000K光電效應光的波粒二象性實驗裝置

光電效應：金屬及其化合物在光的照射下發射電子的現象，逸出的電子稱為光電子。VAKA

愛因斯坦光子假說和光電效應方程

光是由一個個的、以光速c運動的粒子組成的粒子流，這種粒子稱為光子，頻率為的每一光子的能量為ε=h，它不能再分割，而只能整個地被吸收或產生出來。1愛因斯坦光子假說2愛因斯坦光電效應方程

逸出功與材料有關

光的波粒二象性光子的質量

光子的動量（2）粒子性：（光電效應等）（1）波動性：光的干涉和衍射光子的能量粒子性波動性A.H.Compton(1892―1962)美國物理學家1927年獲得諾貝爾物理學獎

康普頓效應

實驗裝置X射線管石墨體X射線譜儀θ晶體

康普頓效應散射線中有兩種波長0、，Δ=-02實驗結果（相對強度）（波長）康普頓實驗指出：1）當散射角θ

增加時，波長改變也隨著增加；在同一散射角下，所有散射物質的波長改變都相同。2）原子量小的物質康普頓散射較強，原子量大的物質康普頓散射較弱；

經典電磁理論的困難1）根據經典理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將做受迫振動，其頻率等于入射光頻率，它所發射的散射光頻率也應等于入射光頻率2）無法解釋波長改變和散射角的關系。

光量子理論1）若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。

光量子理論認為康普頓效應是光子和電子作彈性碰撞的結果，定性分析如下：2）因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。3）若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量,由于光子質量遠小于原子質量，根據碰撞理論,碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。結論物理意義1光子假設的正確性，狹義相對論力學的正確性.2微觀粒子也遵守能量守恒和動量守恒定律.氫原子的玻爾理論玻爾(Bohr.Niels1885—1962)

丹麥理論物理學家，現代物理學的創始人之一.在盧瑟福原子有核模型基礎上提出了關于原子穩定性和量子躍遷理論的三條假設，從而完滿地解釋了氫原子光譜的規律.1922年玻爾獲諾貝爾物理學獎.玻爾理論的基本假設1）定態假設2）角動量量子化假設（角動量量子化條件）3）躍遷假設穩定狀態

這些定態的能量不連續

不輻射電磁波

電子作圓周運動v

n=氫原子光譜中的不同譜線656.28486.13434.05410.17121.57102.5897.2518.754.05-13.6-3.4-1.51-0.850En

eV123n=48n=n=n=賴曼系巴耳末系帕邢系布喇開系

法國物理學家

1924年他在博士論文《關于量子理論的研究》中提出把粒子性和波動性統一起來.5年后為此獲得諾貝爾物理學獎.愛因斯坦譽之為“揭開一幅大幕的一角”.它為量子力學的建立提供了物理基礎.德布羅意（1892—1987）實物粒子的波粒二象性假設:實物粒子具有波粒二象性德布羅意假設(1924年)頻率波長湯姆孫電子衍射實驗海森伯(W.K.Heisenberg，1901—1976）1927年提出“不確定關系”，為核物理學和（基本）粒子物理學準備了理論基礎；于1932年獲得諾貝爾物理學獎.

德國理論物理學家.建立了新力學理論的數學方案，為量子力學的創立作出了貢獻.不確定關系電子的單縫衍射實驗不確定原理對于微觀粒子不能同時用確定的位置和確定的動量來描述.減小△x,x確定的越準確px的不確定度,即△px越大

1）微觀粒子同一方向上的坐標與動量不可同時準確確定,它們的精度存在一個終極的不可逾越的限制.

2）不確定的根源是“波粒二象性”,這是自然界的根本屬性.物理意義3）對宏觀粒子，因很小，所以可視為位置和動量能同時準確確定.

薛定諤（ErwinSchrodinger，1887—1961）奧地利物理學家.1926年建立了以薛定諤方程為基礎的波動力學，并建立了量子力學的近似方法.

1933年與狄拉克獲諾貝爾物理學獎.量子力學簡介波函數概率密度經典的波與波函數

電磁波

機械波

經典波為實函數

量子力學波函數（復函數）描述微觀粒子運動的波函數微觀粒子的波粒二象性

自由粒子能量和動量是確定的，其德布羅意頻率和波長均不變，可認為它是一平面單色波.

自由粒子平面波函數波函數的統計意義概率密度表示在某處單位體積內粒子出現的概率.正實數是的共軛復數

某一時刻出現在某點附近在體積元中的粒子的概率為標準條件單值、有限、連續波函數的條件:歸一化條件——勢場中一維運動粒子的含時薛定諤方程若粒子在勢場Ep中運動——一維自由粒子含時薛定諤方程

薛定諤方程

一般薛定諤方程對三維運動情況Ψ(x，t)→ψ(x，y，z，t)——拉普拉斯算符

定態薛定諤方程

在某些情況下Ep僅是空間坐標的函數，與時間無關——定態，Ep=Ep（x，y，z）一維無限深方勢阱粒子勢能滿足的邊界條件

一維方勢壘隧道效應

一維方勢壘粒子的能量隧道效應

從左方射入的粒子，在各區域內的波函數

粒子的能量雖不足以超越勢壘,但在勢壘中似乎有一個隧道,能使少量粒子穿過而進入的區域,所以人們形象地稱之為隧道效應

.隧道效應的本質:來源于微觀粒子的波粒二相性.

1981年賓尼希和羅雷爾利用電子的隧道效應制成了掃描遂(道貫)穿顯微鏡(STM),可觀測固體表面原子排列的狀況.1986年賓尼希又研制了原子力顯微鏡.隧道電流I與樣品和針尖間距離S的關系掃描隧道顯微鏡探針樣品表面48個Fe原子形成“量子圍欄”，圍欄中的電子形成駐波.1能量量子化和主量子數Enmehn=-1824022ε——與玻爾理論相同n=——123主量子數，決定能量量子化,,,2軌道角動量量子化和角量子數()Lllh=+12π()ln=-——0121,,,…角量子數，決定軌道角動量的量子化氫原子的量子力學描述3空間量子化和磁量子數

角動量為矢量,在空間某特定方向(外部磁場Z軸)的分量：磁量子數，決定角動量在z軸方向投影的量子化?±±=lmlL,1,0結論：給定l值，ml可以有（2l+1）個取值。

原子的殼層結構自旋磁量子數：決定電子自旋角動量的空間取向；ms磁量子數：決定電子角動量的空間取向；ml四個量子數主量子數：（n=1，2，3…），大體決定電子能量E。n副量子數：（l=0，1，2…n-1），決定電子軌道角動量大小，對能量也有稍許影響。l多電子原子中電子的分布泡利不相容原理（1925）

在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的量子狀態，即它們不能有完全相同的量子數。（n，l，ml，ms）n123l001012ml00-1010-101-2-1012msZ2818容納電子的最大數目3能量最小原理

原子處于正常狀態時，每個電子趨向于占據可能的最低能級徐光憲定則：D=n+0.7l能級高低主量子數n決定角量子數l影響1s2s2p3s3p3d4s1氫2氦HHe123鋰