《人文物理》课程教学课件（讲稿）第8讲 物质观的革命-量子论

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精品资源共享课：《人文物理》 第八讲 物质观的革命-量子论

介绍20世纪物质观革命中一系列重大发现包括能量量子化、光量子、原子核式模型、玻尔模型、物质波、物质波方程及波函数。围绕这些重大发现，我们将看到量子物理学的先驱的杰出的洞察力、丰富的想像力和惊人的创造力；量子物理发展的艰难历程；科学争论如何推动量子物理发展；以及物理学家寻找物质世界和谐统一的那种执著精神。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 介绍20世纪物质观革命中一系列重大发现， 包括能量量子化、光量子、原子核式模型、玻尔 模型、物质波、物质波方程及波函数。围绕这些 重大发现，我们将看到量子物理学的先驱的杰出 的洞察力、丰富的想像力和惊人的创造力；量子 物理发展的艰难历程；科学争论如何推动量子物 理发展；以及物理学家寻找物质世界和谐统一的 那种执著精神

在刚刚跨入20世纪的第一天，英国著名的物理学家开尔文在《元旦献词》中曾经说过“在已经建成的大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作。”与众不同的是他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云，这两朵云指的是当时物理学无法解释的两个实验，一个是热辐射实验，另一个是迈克尔逊一莫雷实验。x射线、放射性和电子的三个发现，揭开了近代物理的序幕。当物理学进入20世纪，就诞生了量子论和相对论，开创了近代物理学。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 在刚刚跨入20世纪的第一天，英国著名的物理学家 开尔文在《元旦献词》中曾经说过“在已经建成的大厦 中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作。”与众 不同的是他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还 有两朵小小的令人不安的乌云，这两朵乌云指的是当时 物理学无法解释的两个实验，一个是热辐射实验，另一 个是迈克尔逊–莫雷实验。 x 射线、放射性和电子的三个发现，揭开了近代物 理的序幕。当物理学进入20世纪，就诞生了量子论和相 对论，开创了近代物理学

十九世纪末物理学的三大发现1895年德国物理学家伦琴发现x射线：1896年法国物理学家贝克勒尔发现放射性：1897年英国物理学家汤姆逊，发现了电子。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 十九世纪末物理学的三大发现 1895年德国物理学家伦琴发现 x 射线； 1896年法国物理学家贝克勒尔发现放射性； 1897年英国物理学家汤姆逊，发现了电子

普朗克量子力学创始人德国著名物理学家麦克斯·普朗克少年时就酷爱科学和艺术，中学毕业后对于人生道路的选择举棋不定，究竟是为科学奋斗终身呢，还是献身于音乐？普朗克几度排，反复思考，最终还是选定了科学。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 普朗克 -量子力学创始人 德国著名物理学家麦克 斯普朗克少年时就酷爱科学 和艺术，中学毕业后对于人 生道路的选择举棋不定，究 竟是为科学奋斗终身呢，还 是献身于音乐？普朗克几度 徘徊，反复思考，最终还是 选定了科学

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1900年10月19日，在德国物理学会年会上，普朗克以《维恩辐射定律的改进》为题，报告了他修改后的公式。v32元hMB(v,T)三elv/kT -1C鲁本斯把这“幸运地猜出来的内插公式”同最新的实验结果比较，发现：该公式在全波段与实验结果惊人地符合！应当指出，普朗克公式当时完全是参照实验结果凑出来的。至于它的物理解释是什么，还是一个谜！普朗克也没有满足内差公式的成功。他在给伍德的信的信中写到：这属于物理方面的基本问题，一定要不惜任何代价，找到一个理论根据。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 1900年10月19日，在德国物理学会年会上，普朗 克以《维恩辐射定律的改进》为题，报告了他修改后 的公式。 应当指出，普朗克公式当时完全是参照实验结果 凑出来的。至于它的物理解释是什么，还是一个谜！ 3 2 / 2 ( , ) 1 B h kT h M T c e        鲁本斯把这 “ 幸运地猜出来的内插公式 ” 同最新 的实验结果比较，发现：该公式在全波段与实验结果 惊人地符合！ 普朗克也没有满足内差公式的成功。 他在给伍德的信的信中写到： 这属于物理方面的基本问题，.一定要不惜任何 代价，找到一个理论根据

普朗克十分明白，必须在热力学和电磁理论之外去寻找这个公式的依据。因为所有经典理论都已用尽了。普朗克又紧张工作了两个月，他终于发现，要对这个公式作出合理的解释，唯一的出路是作出一个大胆的假设：腔壁上的谐振子在发射和吸收电磁辐射时，能量不是连续变化的，而是以一定份额的整数倍跳跃式变化的！精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 普朗克十分明白，必须在热力学和电磁理论之 外去寻找这个公式的依据。因为所有经典理论都已 用尽了。 普朗克又紧张工作了两个月，他终于发现，要 对这个公式作出合理的解释，唯一的出路是作出一 个大胆的假设： 腔壁上的谐振子在发射和吸收电磁辐射时，能 量不是连续变化的，而是以一定份额的整数倍跳跃 式变化的！

1900年12月24日，普朗克在法国物理学会的圣诞会上宣读了题为《关于正常光谱的能量分布定律》的论文，提出了与经典物理学格格不入的能量量子化假设：辐射黑体是由带电的谐振子组成，这些谐振子的能量只能处于能量子&的整数倍，即,26, 36,46,...., nn为正整数，称为量子数，对于频率为的谐振子来说，能量子为8=hv，式中h是为普朗克常数。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 1900年12月24日，普朗克在法国物理学会的圣诞 会上宣读了题为《关于正常光谱的能量分布定律》的 论文，提出了与经典物理学格格不入的能量量子化假 设： 辐射黑体是由带电的谐振子组成，这些谐振子的 能量只能处于能量子 的整数倍， 即 , 2, 3, 4,  , n n为正整数，称为量子数，对于频率为的谐振子 来说，能量子为  = hv，式中h是为普朗克常数

普朗克引入了“能量子”的假设，标志着量子物理学的诞生，具有划时代的意义。但是由于这个假设对经典物理学致命的打击，所以他同时代的那些物理学家对这一观念都表示疑惑不解，甚至怀疑。洛仑兹说：“关于辐射量子问题的讨论使科学家们都陷在死胡同里了。”普朗克本人也由于受传统的经典观念影响太深，对自己提出的“能量子”思想违反了经典的连续性概念而烦恼和后悔。并一直试图用连续性代替不连续性，回到经典范畴。经过十多年徒劳的努力后，他才相信能量子假设是正确的，作用量子h反映了新理论的本质。精品资源共享课：《人文物理》

精品资源共享课：《人文物理》 普朗克引入了“能量子”的假设，标志着量子物理 学的诞生，具有划时代的意义。但是由于这个假设对经 典物理学致命的打击，所以他同时代的那些物理学家对 这一观念都表示疑惑不解，甚至怀疑。洛仑兹说： “关于辐射量子问题的讨论使科学家们都陷在死胡 同里了。” 普朗克本人也由于受传统的经典观念影响太深，对 自己提出的“能量子”思想违反了经典的连续性概念而 烦恼和后悔。并一直试图用连续性代替不连续性，回到 经典范畴。经过十多年徒劳的努力后，他才相信能量子 假设是正确的，作用量子h反映了新理论的本质