第13章 早期量子论和量子力学基础..
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1.简介量子力学的历史和发展量子力学是现代物理学的重要分支,它描述了微观世界中粒子的行为和相互作用。
以下是量子力学历史和发展的简介:•早期量子理论的兴起:在20世纪初,科学家们通过研究辐射现象和黑体辐射问题,开始怀疑经典物理学的适用性。
麦克斯∙普朗克的量子假设和爱因斯坦的光电效应理论为量子理论的发展奠定了基础。
•波粒二象性的提出:在这个阶段,德国物理学家路易斯∙德布罗意提出了物质粒子(如电子)也具有波动性的假设,即波粒二象性。
这一假设通过实验证明,如电子衍射实验,为量子力学奠定了基础。
•薛定谔方程的建立:奥地利物理学家埃尔温∙薛定谔于1926年提出了著名的薛定谔方程,用于描述微观粒子的运动和行为。
这个方程成功地解释了氢原子的能级和谱线,奠定了量子力学的数学基础。
•不确定性原理的发现:德国物理学家瓦尔特∙海森堡于1927年提出了著名的不确定性原理,指出在测量过程中,无法同时准确确定粒子的位置和动量。
这一原理挑战了经典物理学的确定性观念,成为量子力学的核心概念之一。
•量子力学的完备性和广泛应用:随着时间的推移,量子力学逐渐发展成为一个完善的理论体系,并在许多领域得到广泛应用。
它解释了原子和分子的结构、核物理现象、固体物理、粒子物理学等多个领域的现象,并为现代科技的发展提供了基础。
量子力学的历史和发展是科学进步的重要里程碑,对我们理解微观世界的行为和深入探索宇宙的奥秘具有重要意义。
2.波粒二象性和不确定性原理的解释在量子力学中,波粒二象性和不确定性原理是两个核心概念,对我们理解微观世界的行为提出了挑战,下面是它们的解释:•波粒二象性:根据波粒二象性的理论,微观粒子(如电子、光子等)既可以表现出粒子的特性,也可以表现出波的特性。
这意味着微观粒子既可以像粒子一样具有局部位置和动量,也可以像波一样展现出干涉和衍射的现象。
这种波粒二象性的解释可以通过德布罗意的波动假设来理解。
根据德布罗意的假设,微观粒子具有与其动量相对应的波长,这与光波的性质相似。
量子力学基础量子力学是20世纪物理学的一大突破,它不仅揭示了微观世界的奇妙现象,还对我们对世界的认知方式产生了颠覆性的影响。
在这篇文章中,我们将探讨量子力学的基本概念、原理和应用,并探讨一些关于量子力学的哲学和思考。
量子力学最早的基础可以追溯到1900年,当时德国物理学家马克斯·普朗克提出了能量的量子化概念。
他发现,能量不是连续的,而是以分立的单位存在,即能量量子。
这个想法颠覆了经典物理学中连续和无限的观念,揭示了微观世界的离散性质。
1905年,阿尔伯特·爱因斯坦进一步推动了量子力学的发展,他提出了光的粒子性。
根据他的理论,光被看作是由一系列离散的粒子组成的,这些粒子被称为光子。
这个概念对光的行为做出了解释,也为后来量子力学的发展奠定了基础。
量子力学的核心是波粒二象性。
根据量子力学,微观粒子既可以表现出粒子性,也可以表现出波动性。
这就是说,微观粒子既可以像粒子一样独立存在,也可以像波一样传播和干涉。
这种双重性质在经典物理学中是难以理解的,但在量子力学中却是普遍存在的。
著名的双缝干涉实验就是一个很好的例子。
在这个实验中,一束光通过两个狭缝后形成干涉图案。
如果光被看作是粒子,那么预期结果应该是两个狭缝后出现两个亮斑。
然而,实验结果却展示出了干涉条纹。
只有将光看作是波动性的才能解释这个结果。
这种波粒二象性的存在挑战了我们对物质的传统认知,并使量子力学成为一门充满挑战的科学。
量子力学还有一个重要的概念是不确定性原理,由奥地利物理学家维尔纳·海森堡提出。
不确定性原理认为,我们无法同时准确测量一个粒子的位置和动量。
如果我们尝试使用更准确的测量工具来测量粒子的位置,那么对粒子动量的测量就会变得不确定,反之亦然。
这种无法完全确定一个粒子状态的现象被称为测不准原理。
量子力学的发展产生了许多令人惊叹的应用。
其中最著名的是量子计算和量子通信。
量子计算利用了量子叠加和纠缠的特性,在某些问题上可以迅速解决,远远超过了传统计算机的能力。
第十三章 早期量子论和量子力学基础练 习 一一. 选择题1. 内壁为黑色的空腔开一小孔,这小孔可视为绝对黑体,是因为它( B ) (A) 吸收了辐射在它上面的全部可见光; (B) 吸收了辐射在它上面的全部能量; (C) 不辐射能量; (D) 只吸收不辐射能量。
2. 一绝对黑体在温度T 1 = 1450K 时,辐射峰值所对应的波长为λ1,当温度降为725K 时,辐射峰值所对应的波长为λ2,则λ1/λ2为( D ) (A)2; (B) 2/1; (C) 2 ; (D) 1/2 。
3. 一般认为光子有以下性质( A )(1) 不论在真空中或介质中的光速都是c ;(2) 它的静止质量为零;(3) 它的动量为h ν/c 2; (4) 它的动能就是它的总能量;(5) 它有动量和能量,但没有质量。
以上结论正确的是 ( A )(A) (2)(4); (B) (3)(4)(5); (C) (2)(4)(5); (D) (1)(2)(3)。
4. 已知某单色光照射到一金属表面产生了光电效应,若此金属的逸出电势是U 0(使电子从金属逸出需做功eU 0),则此单色光的波长λ必须满足:(A ) (A) 0hc eU λ≤; (B) 0hc eU λ≥; (C) 0eU hc λ≤; (D) 0eU hcλ≥。
二. 填空题1. 用辐射高温计测得炉壁小孔的辐射出射度为22.8W/cm 2,则炉内的温度为 1.416×103K 。
2. 设太阳表面的温度为5800K ,直径为13.9×108m ,如果认为太阳的辐射是常数,表面积保持不变,则太阳在一年内辐射的能量为 1.228×1034 J ,太阳在一年内由于辐射而损失的质量为1.3647×1017 kg 。
3. 汞的红限频率为1.09×1015Hz ,现用λ=2000Å的单色光照射,汞放出光电子的最大初速度0v =57.7310 m/s ⨯ ,截止电压U a = 1.7V 。
第13章 早期量子论和量子力学基础13-1 估测星球表面温度的方法之一是:将星球看成黑体,测量它的辐射峰值波长λm ,利用维恩位移定律便可估计其表面温度。
如果测得北极星和天狼星的λm 分别为0.35 μm 和0.29 μm,试计算它们的表面温度。
解:根据维恩位移定律,可知与黑体辐射本领极大值相对应的波长与绝对温度T 的乘积为一常数。
则北极星表面温度:天狼星表面温度:。
13-2 在加热黑体过程中,其单色辐出度的峰值波长是由0.69 μm 变化到0.50μm,求总辐出度改变为原来的多少倍?解:设加热前后黑体的温度分别为T 1、T 2,其单色辐出度的峰值波长分别为、,则根据维恩位移定律,可得黑体温度之比为:根据斯特藩-玻尔兹曼定律,可得总辐出度之比为:因此,总辐出度变为原来的3.63倍。
13-3 假设太阳表面温度为5 800 K ,太阳半径为6.96×108 m 。
如果认为太阳的辐射是稳定的,求太阳在1年内由于辐射,它的质量减小了多少?解:由斯特藩一玻尔兹曼定律,太阳通过其表面辐射出的总功率为:太阳在一年内辐射出的总能量为。
由狭义相对论质能关系,可得太阳在一年内的质量亏损:*13-4 黑体的温度T 1=6000 K ,问λ1=0.35 μm 和λ2=0.70 μm 的单色辐出度之比等于多少?当温度上升到T 2=7000 K 时,λ1的单色辐出度增加到原来的多少倍?解:(1)利用普朗克单色辐出度公式:可得时,和的单色辐出度之比:而因此,单色辐出度之比:。
(2)当黑体温度上升到时,的单色辐出度:与温度为T 1时,黑体的单色辐出度的比值:解得:代入上式可得:。
*13-5 假定太阳和地球都可以看成黑体,如太阳表面温度T S =6 000 K ,地球表面各处温度相同,试求地球的表面温度(已知太阳的半径R S =6.96×105 km ,太阳到地球的距离r =1.496×108 km )。