第24章量子理论的起源PPT课件

3、意义
我之所以 能比别人看得远 些，是因为我站在 巨人们的肩上。
——牛顿
英国著名诗人波普曾写过一首赞美牛顿的诗： 自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。 上帝说：“让牛顿去吧!” 于是，一切成为光明。
3、意义
（1）完成了人类对自然界认识 史上的第一次理论大综合。
（2）牛顿力学体系在理论上达到相 当完备的程度，并在科学实验中得到
是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王 星的引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质 量。1848年9月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚， 用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行 星—海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。 牛顿力学又创造了新的奇迹。
2、内容：相对论
狭义相对论
创立
1905年《论动体 的电动力学》
广义相对论
1916年
内容
（1）时间和空间都 与物质运动有关；
（2）时间和空间随
着物质运动的速度
的变化而变化
（1）物质存在的现实空间 是弯曲的 （2）空间结构取决于物 质的质量和分布情况 （3）空间弯曲的程度体 现为引力场强度
意义 打破绝对时间和绝 对空间，是对牛顿 力学的继承和发展
其温度之间的定量关系；
②德国普朗克：1900年在《关于正常光谱能量分布定律 的理论》中提出量子概念。标志着量子理论的诞生。
（2）发展
（1）德国爱因斯坦：1905年解释光电效应，得出 了光具有波粒二象性的结论； （2）法国德布罗意：1923年提出物质波理论；
（3）奥、德物理学家：建立量子力学。
（3）意义
——引自《科学简史》
1、光学：牛顿发现了日光是由不 同的颜色即不同波长的光构成的， 奠定了光谱分析的基础，制作了 牛顿色盘。他在1704年出版了 《光学》一书，创立了光的“微 粒说”。 2、热学：确定了冷却定律。 3、数学：与莱布尼兹几乎同时创 立了微积分学，同时，建立了二 项式定理。 4、天文学：1671年创制了反射望 远镜，初步考察了行星的运动规 律；解释潮汐现象，并预言地球

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量子密码学
量子密钥分发：利 用量子力学原理实 现密钥分发，确保 通信安全
量子加密通信：利 用量子密钥加密通 信，确保通信内容 不被窃听
量子安全认证：利 用量子密钥进行身 份认证，确保身份 真实性
量子安全存储：利 用量子密钥进行数 据存储，确保数据 安全
量子传感器和量子成像
量子传感器：利用量子效应进行高精度测量，如磁场、温度、压力等
1926年，薛定谔提出波动力学，量子论 得到进一步完善
1913年，玻尔提出原子模型，量子论开 始形成
1927年，狄拉克提出相对论量子力学， 量子论进入新阶段
量子论的发展历程
1900年，普朗克提出量子论的雏形，提出能量量子化概念 1913年，玻尔提出玻尔模型，解释氢原子光谱 1925年，海森堡提出不确定性原理，量子力学的基本原理之一 1926年，薛定谔提出薛定谔方程，量子力学的基本方程之一 1927年，玻尔提出互补原理，量子力学的基本原理之一 1930年，狄拉克提出狄拉克方程，描述电子的运动和自旋
量子论初步
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单击输入目录标题 量子论的背景和历史 量子论的基本概念 量子论的实验验证 量子论的应用前景 量子论的哲学思考
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量子论的背景和历史
量子论的起源
1900年，普朗克提出量子概念，量子论 开始萌芽
1925年，海森堡提出不确定性原理，量 子论进入成熟阶段
1905年，爱因斯坦提出光量子假说，量 子论得到进一步发展
量子成像：利用量子效应进行高分辨率成像，如医学成像、遥感成像等 量子通信：利用量子效应进行安全通信，如量子密钥分发、量子隐形传 态等 量子计算：利用量子效应进行高效计算，如量子模拟、量子优化等

图4-1-4 小圆代表实验值，曲线是根据 普朗克的公式作出的．
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量子化现象 在宏观世界里，一个物理量的取值通常是连续的，但在微观世
界里，物理量的取值多是不连续的，只能取一些分立的值，物
理量分立取值的现象称量子化现象，量子化理论成为新物理学 思想的基石之一．
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【变式1】
下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有
( A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．黑体热辐射的强度与波长无关 )．
D．黑体辐射无任何实验
解析 黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都
对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了 革命性的影响．普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现 了微观世界的基本特征．
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一、黑体辐射及其实验规律 对黑体的理解
(1)如果某种物体在任何温度下都能够完全吸收入射的各种电磁
波而不发生反射，这种物体就是黑体．所谓“黑体”是指能够 全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体，绝对的黑体实际上 是不存在的．
(1)黑体辐射的实验规律如图4-1-2所示，揭示了黑体辐射强度按
波长分布的情况： ①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加． ②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移 动．
图4-1-2
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(2)黑体辐射实验规律的理论解释：
经典物理学认为，物体中存在着不停运动的带电微粒，每个带电
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• B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温 度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
• C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温 度有关，与材料的种类及表面状况无关
• D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入 小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终 不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
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二、普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的 历史意义
1．能量子：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸 收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的 __整__数__倍__．_即：能的辐射或者吸收只能是一份一份 的．这个不可再分的最小能量值ε叫做_能__量__子__．___
2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率， h称为普朗克常量．h＝____6_.6_3_×__1_0_－__34J·s
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钢水
低温物体发出的是 红外光，
炽热物体发出的是 可见光，
高温物体发出的是 紫外光。
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运动时人 体各部分 温度分布
头部各部分温度不同， 它们的热辐射存在差异， 这种差异可通过热象仪 转换成可见光图像。
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红外夜视图
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2. 对热辐射的初步认识
(1) 任何物体任何温度均存在热辐射； (2) 热辐射谱是连续谱； (3) 热辐射谱与温度有关：
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普朗克假设： 普朗克认为：金属空腔中的电子振动可视为一维谐 振子，这些谐振子辐射电磁波，也从周围电磁场中 吸收能量。谐振子的能量不能连续变化，只能取一 系列分立的值，其最小的能量称为能量子，与频率
成正比，即 h。
谐振子辐射和吸收的能量只能是的 h 整数倍。