【教学课件】第19章从经典物理学到量子力学
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2019-2020学年人教版高中物理选修第19章原子核聚变粒子和宇宙课件
物 理 选 修
人 教 版
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第十九章 原子核
3．控制方法 (1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是 __环__流__器____。 (2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了 核反应，在惯性约束下，用__激__光____从各个方向照射反应物，使它们“挤”在 一起发生反应。
物 理 选 修
人 教 版
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3-5·
第十九章 原子核
知识点 3 “基本粒子”不基本
1．“基本”粒子
19世纪末，许多人认为光子、电子、__质__子____和___中__子___是组成物质的不
可再分的最基本粒子。
2．发现新粒子
(1)从20世纪起科学家陆续发现了400多种不同种类的新粒子，它们不是由
(2)夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再 是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
物 理 选 修 人 教 版
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3-5·
第十九章 原子核
1．发现新粒子
发现时间 新粒子
基本 特点
1932年
1937年
1947年
60年代后
反粒子
μ子
K介子与π介子
超子
质量与相对应的粒子
比质子的质 质量介于电子与 其质量比质
物 理 选 修
人 教 版
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3-5·
第十九章 原子核
知识点 5 夸克模型 组成强子的粒子有六种夸克，分为上夸克和下夸克、奇夸克、粲夸克、底
夸克、顶夸克，所带电荷分别为元电荷的__±__23____或___±_13____，每种夸克都有
对应的反夸克，夸克不能以自由的状态单个出现。
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第十九章 原子核
3．控制方法 (1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是 __环__流__器____。 (2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了 核反应，在惯性约束下，用__激__光____从各个方向照射反应物，使它们“挤”在 一起发生反应。
物 理 选 修
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3-5·
第十九章 原子核
知识点 3 “基本粒子”不基本
1．“基本”粒子
19世纪末，许多人认为光子、电子、__质__子____和___中__子___是组成物质的不
可再分的最基本粒子。
2．发现新粒子
(1)从20世纪起科学家陆续发现了400多种不同种类的新粒子，它们不是由
(2)夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再 是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
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3-5·
第十九章 原子核
1．发现新粒子
发现时间 新粒子
基本 特点
1932年
1937年
1947年
60年代后
反粒子
μ子
K介子与π介子
超子
质量与相对应的粒子
比质子的质 质量介于电子与 其质量比质
物 理 选 修
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3-5·
第十九章 原子核
知识点 5 夸克模型 组成强子的粒子有六种夸克，分为上夸克和下夸克、奇夸克、粲夸克、底
夸克、顶夸克，所带电荷分别为元电荷的__±__23____或___±_13____，每种夸克都有
对应的反夸克，夸克不能以自由的状态单个出现。
从经典物理学到量子力学
5、光电效应应用
1）光电管：
光电信号转换
2）光电二极管： 固态光电探测器
3）光电倍增管： 由10-15个倍增阴极组成，增大光电 流104--105
倍， 探测弱光。
4）光电成像器件：（光电导摄象管）将辐射图象转换成为可 观
测、记录、传输、存储和进行处理的图象。 广泛应用于天文学、空间科学、X射线放射学 、高速摄影等。 5）光敏电阻： 用光照改变半导体的导电性能制成。
2）黑体 若一个物体在任何温度下，对于任何波长入射辐射能 的吸收比都等于 1, 即,
0 ( , T ) 1
则称它为 绝对黑体 —— 黑体
绝对黑体 的单色辐出度
M 0 (T )
M (T ) M 0 (T ) I(, T) --- 研究热辐射的中心问题 0 ( , T )
第四篇 量子力学
第十四章 从经典物理学到量子力学
14-1 从经典物理学到前期量子论 一. 黑体辐射 普朗克的能量子假说
1. 热辐射的基本概念 1）辐射出射度 (辐出度) --- M（T）
单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各
种波长电磁波能量的总和 2) 单色辐射出射度（单色辐出度）M (T )
利用余弦定理： mv2 h 0 h 2 h 0 h cos
2
c
c
c c
或
mv c
2
2
h 0 h 2h 2 0 cos (!4-33)
2 2
由（14-31）和（14-33）得
只有U=U00时，光电流才为0，U0称为截止电压。
2 eU 0 1 mum 2
U0
U 0
第四章从经典物理学到量子力学
第四章从经典物理学到量子力学§4 - 1 从经典物理学到前期量子论到19世纪末，经典物理学已经建立了比较完整的理论体系。
力学分析力学，存在海王星的预言及其被证实电磁学麦克氢原子光谱斯韦方程组，预言了电磁波的存在热力学+统计物理学量子力学的研究对象：微观粒子。
量子理论的发展轨迹：能量子：黑体辐射光量子：光电效应固体比热氢原子光谱一黑体辐射普朗克的能量子假说( 1 ) 热辐射的基本概念热辐射：一切物体的分子热运动将导致物体向外不断地发射电磁波。
这种辐射与温度有关。
温度越高，发射的能量越大，发射的电磁波的波长越短。
平衡热辐射或平衡辐射:如果物体辐射出去的能量恰好等于在同一时间内所吸收的能量，则辐射过程达到了平衡。
单色辐射出射度(简称单色辐出度，用)(T M λ表示)：在单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的，单位波长范围内的电磁波能量，即λλd )(d )(T M T M =， (4.1)where d M ( T ):在单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的，波长在λ 到λ+d λ 范围内的电磁波能量。
辐射出射度(简称辐出度，在单位时间内从物体表面单位面积上辐射出来的各种波长电磁波能量的总和)⎰⎰∞==0d )()(d )(λλT M T M T M . (4.2)单色吸收比),(T λα和单色反射比),(T λρ：在温度为T 时，物体吸收和反射波长在λ 到λ + d λ 范围内的电磁波能量，与相应波长的入射电磁波能量之比，分别称为该物体的单色吸收比),(T λα和单色反射比),(T λρ。
对于不透明的物体，有1),(),(=+T T λρλα. (4. 3)( 2 ) 基尔霍夫定律和黑体基尔霍夫辐射定律: 对每一个物体来说，单色辐出度与单色吸收比的比值),(/)(T T M λαλ，是一个与物体性质无关(而只与温度和辐射波长有关)的普适函数。
即 ),(),()(),()(2211T I T T M T T M λλαλαλλ===Λ, (4. 4)(,)?I T λ= 引出黑体的概念推论：如果一个物体是良好的吸收体，必定也是一个良好的辐射体。
第19章从经典物理学到量子力学1
对于不透明的物体，有
( , T ) ( , T ) 1
二、基尔霍夫定律和黑体 1、基尔霍夫定律
1859年，基尔霍夫应用热力学理论得到： 对每一物体，单色辐出度与吸收比的比 M(T)/ (,T )， 是一个与物体性质无关而只与温度和辐射波长有关的普适函 数，即对处于热平衡的任意种类和个数的物体，有
五、黑体辐射的应用
测量温度：通过测量星体的谱线分布来确定其热力学温度； 热象图：通过比较物体表面不同区域的颜色变化情况来确定 物体表面的温度分布； 宇宙背景辐射：对来自外界宇宙空间的辐射，可用wein位移 公式来估算； 光学高温计：测量炉温。
18
Ch.19 从经典物理学到量子力学 宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，也称为 微波背景辐 射。20世纪60年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵 敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪 音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些 来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5Ｋ。1965年，他们又订正为3Ｋ，并 将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。 微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱，在 0.3厘米－ 75厘米波段，可以 在地面上直接测到；在大于100厘米的射电波段，银河系本身的超高频辐射掩盖了来 自河外空间的辐射，因而不能直接测到；在小于0.3厘米波段，由于地球大气辐射的干 扰，要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从 0.054厘米直到数十厘米 波段内的测量表明，背景辐射是温度近于2.7Ｋ的黑体辐射，习惯称为3Ｋ背景辐射。 黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物 质之间的相互作用，才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物 质的相互作用极小，所以，我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。微波背景 辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特 征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义：首先是小尺度上的各向同性。在小 到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2－0.3％；其次是大尺度上的各向同性 。沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3％。各向同性说明，在各个不同方向 上，在各个相距非常遥远的天区之间，应当存在过相互的联系。 除微波波段外，在从射电到伽玛射线辐射的各个波长上，大都进行过背景辐射探 测，结果是微波波段的辐射最强，其强度超过其它所有波段的背景辐射的总和。微波 背景辐射的发现被认为是二十世纪天文学的一项重大成就。 早在四十年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知的氦丰度和哈勃常数等资 料。发展了热大爆炸学说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，其温度约为几 19 Ｋ到几十Ｋ。3Ｋ微波背景辐射的实测结果与理论预期大体相符。
( , T ) ( , T ) 1
二、基尔霍夫定律和黑体 1、基尔霍夫定律
1859年，基尔霍夫应用热力学理论得到： 对每一物体，单色辐出度与吸收比的比 M(T)/ (,T )， 是一个与物体性质无关而只与温度和辐射波长有关的普适函 数，即对处于热平衡的任意种类和个数的物体，有
五、黑体辐射的应用
测量温度：通过测量星体的谱线分布来确定其热力学温度； 热象图：通过比较物体表面不同区域的颜色变化情况来确定 物体表面的温度分布； 宇宙背景辐射：对来自外界宇宙空间的辐射，可用wein位移 公式来估算； 光学高温计：测量炉温。
18
Ch.19 从经典物理学到量子力学 宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，也称为 微波背景辐 射。20世纪60年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵 敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪 音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些 来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5Ｋ。1965年，他们又订正为3Ｋ，并 将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。 微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱，在 0.3厘米－ 75厘米波段，可以 在地面上直接测到；在大于100厘米的射电波段，银河系本身的超高频辐射掩盖了来 自河外空间的辐射，因而不能直接测到；在小于0.3厘米波段，由于地球大气辐射的干 扰，要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从 0.054厘米直到数十厘米 波段内的测量表明，背景辐射是温度近于2.7Ｋ的黑体辐射，习惯称为3Ｋ背景辐射。 黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物 质之间的相互作用，才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物 质的相互作用极小，所以，我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。微波背景 辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特 征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义：首先是小尺度上的各向同性。在小 到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2－0.3％；其次是大尺度上的各向同性 。沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3％。各向同性说明，在各个不同方向 上，在各个相距非常遥远的天区之间，应当存在过相互的联系。 除微波波段外，在从射电到伽玛射线辐射的各个波长上，大都进行过背景辐射探 测，结果是微波波段的辐射最强，其强度超过其它所有波段的背景辐射的总和。微波 背景辐射的发现被认为是二十世纪天文学的一项重大成就。 早在四十年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知的氦丰度和哈勃常数等资 料。发展了热大爆炸学说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，其温度约为几 19 Ｋ到几十Ｋ。3Ｋ微波背景辐射的实测结果与理论预期大体相符。
量子力学(全套) ppt课件
1 n2
人们自然会提出如下三个问题：
1. 原子线状光谱产生的机制是什么？ 2. 光谱线的频率为什么有这样简单的规律？
nm
3. 光谱线公式中能用整数作参数来表示这一事实启发我们 思考： 怎样的发光机制才能认为原子P的PT课状件态可以用包含整数值的量来描写12 。
从前，希腊人有一种思想认为：
•2.电子的能量只是与光的频率有关，与光强无关，光
强只决定电子数目的多少。光电效应的这些规律是经典
理论无法解释的。按照光的电磁理论，光的能量只决定
于光的强度而与频率无关。
PPT课件
24
（3） 光子的动量
光子不仅具有确定的能量 E = hv，
而且具有动量。根据相对论知，速度 为 V 运动的粒子的能量由右式给出：
nm
11
谱系
m
Lyman
1
Balmer
2
Paschen
3
Brackett
4
Pfund
5
氢原子光谱
n 2,3,4,...... 3,4,5,...... 4,5,6,...... 5,6,7,...... 6,7,8,......
区域 远紫外 可见 红外 远红外 超远红外
RH
C
1 m2
自然之美要由整数来表示。例如：
奏出动听音乐的弦的长度应具有波长的整数倍。
这些问题，经典物理学不能给于解释。首先，经典物理学不能 建立一个稳定的原子模型。根据经典电动力学，电子环绕原子 核运动是加速运动，因而不断以辐射方式发射出能量，电子的 能量变得越来越小，因此绕原子核运动的电子，终究会因大量 损失能量而“掉到”原子核中去，原子就“崩溃”了，但是， 现实世界表明，原子稳定的存在着。除此之外，还有一些其它 实验现象在经典理论看来是难以解释的，这里不再累述。
量子力学课件完整版(适合初学者)
2
利用
得到
E h , p k , h / 2 , 2 , k 2 / ,
d 2 2 0, 所以，t x(t ) dk m
物质波包的观点夸大了波动性的一面，抹杀 了粒子性的一面，与实际不符。
45
（2）第二种解释：认为粒子的衍射行为是大 量粒子相互作用或疏密分布而产生的行为。 然而，电子衍射实验表明，就衍射效果 而言， 弱电子密度＋长时间＝强电子密度＋短时间 由此表明，对实物粒子而言，波动性体 现在粒子在空间的位置是不确定的，它是以 一定的概率存在于空间的某个位置。
37
参考书目
曾谨言《量子力学》，科学出版社 周世勋《量子力学教程》，高等教育出版 社
38
量子力学 第二章 波函数及薛定谔方程
39
2.1 波函数及其统计解释
40
一、自由粒子的波函数
自由粒子指的是不受外力作用，静止或匀速运动 的质点。因此，其能量E 和动量 p pe 都是常量。 根据德布罗意波粒二象性的假设，自由粒子的频 率和波长分别为
4
1.1 经典物理学的困难
5
19世纪末，物理学界建立了牛顿力 学、电动力学、热力学与统计物理， 统称为经典物理学。其中的两个结论 为 1、能量永远是连续的。 2、电磁波（包括光）是这样产生的： 带电体做加速运动时，会向外辐射电 磁波。
6
经典物理学的成就
牛顿力学-支配天体和力学对象的运动； 杨氏衍射实验-确定了光的波动性； Maxwell方程组的建立-把光和电磁现象建立在 牢固的基础上； 统计力学的建立。
46
3、概率波
粒子的波动性可以用波函数来表示， 其中，振幅 ( x, y, z) | ( x, y, z) | ei ( x, y,z ) 表示波动在空间一点(x,y,z)上的强弱。 | ( x, y, z) |2 应该表示粒子出现在点 所以， (x,y,z)附近的概率大小的一个量。 因此，粒子的波函数又称为概率波。
利用
得到
E h , p k , h / 2 , 2 , k 2 / ,
d 2 2 0, 所以，t x(t ) dk m
物质波包的观点夸大了波动性的一面，抹杀 了粒子性的一面，与实际不符。
45
（2）第二种解释：认为粒子的衍射行为是大 量粒子相互作用或疏密分布而产生的行为。 然而，电子衍射实验表明，就衍射效果 而言， 弱电子密度＋长时间＝强电子密度＋短时间 由此表明，对实物粒子而言，波动性体 现在粒子在空间的位置是不确定的，它是以 一定的概率存在于空间的某个位置。
37
参考书目
曾谨言《量子力学》，科学出版社 周世勋《量子力学教程》，高等教育出版 社
38
量子力学 第二章 波函数及薛定谔方程
39
2.1 波函数及其统计解释
40
一、自由粒子的波函数
自由粒子指的是不受外力作用，静止或匀速运动 的质点。因此，其能量E 和动量 p pe 都是常量。 根据德布罗意波粒二象性的假设，自由粒子的频 率和波长分别为
4
1.1 经典物理学的困难
5
19世纪末，物理学界建立了牛顿力 学、电动力学、热力学与统计物理， 统称为经典物理学。其中的两个结论 为 1、能量永远是连续的。 2、电磁波（包括光）是这样产生的： 带电体做加速运动时，会向外辐射电 磁波。
6
经典物理学的成就
牛顿力学-支配天体和力学对象的运动； 杨氏衍射实验-确定了光的波动性； Maxwell方程组的建立-把光和电磁现象建立在 牢固的基础上； 统计力学的建立。
46
3、概率波
粒子的波动性可以用波函数来表示， 其中，振幅 ( x, y, z) | ( x, y, z) | ei ( x, y,z ) 表示波动在空间一点(x,y,z)上的强弱。 | ( x, y, z) |2 应该表示粒子出现在点 所以， (x,y,z)附近的概率大小的一个量。 因此，粒子的波函数又称为概率波。
量子力学ppt
详细描述
量子计算和量子通信是量子力学的重要应用之一，具有比传统计算机和通信更高的效率和安全性。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，具有比传统计算机更快的计算速度和更高的安全性。量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式，可以保证通信过程中的安全性和机密性。这两个应用具有广泛的应用前景，包括密码学、金融、人工智能等领域。
薛定谔方程
广泛应用于原子、分子和凝聚态物理等领域，可以用于描述物质的量子性质和现象。
薛定谔方程的应用
哈密顿算符与薛定谔方程
03
量子力学中的重要概念
是量子力学中的一种重要运算符号，用于描述量子态之间的线性关系，可以理解为量子态之间的“距离”。
狄拉克括号
是一种量子化方法，通过引入正则变量和其对应的算符，将经典物理中的力学量转化为量子算符，从而建立量子力学中的基本关系。
描述量子系统的状态，可以通过波函数来描述。
量子态与波函数
量子态
一种特殊的函数，可以表示量子系统的状态，并描述量子粒子在空间中的概率分布。
波函数
波函数具有正交性、归一性和相干性等性质，可以用于计算量子系统的性质和演化。
波函数的性质
一种操作符，可以用于描述物理系统的能量和动量等性质。
哈密顿算符
描述量子系统演化的偏微分方程，可以通过求解该方程得到波函数和量子系统的性质。
量子优化
量子优化是一种使用量子计算机解决优化问题的技术。最著名的量子优化算法是量子退火和量子近似优化算法。这些算法可以解决一些经典优化难以解决的问题，如旅行商问题、背包问题和图着色问题等。然而，实现高效的量子优化算法仍面临许多挑战，如找到合适的启发式方法、处理噪声和误差等。
量子信息中的量子算法与量子优化
解释和预测新材料的物理性质，如超导性和半导体性质等。
量子计算和量子通信是量子力学的重要应用之一，具有比传统计算机和通信更高的效率和安全性。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，具有比传统计算机更快的计算速度和更高的安全性。量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式，可以保证通信过程中的安全性和机密性。这两个应用具有广泛的应用前景，包括密码学、金融、人工智能等领域。
薛定谔方程
广泛应用于原子、分子和凝聚态物理等领域，可以用于描述物质的量子性质和现象。
薛定谔方程的应用
哈密顿算符与薛定谔方程
03
量子力学中的重要概念
是量子力学中的一种重要运算符号，用于描述量子态之间的线性关系，可以理解为量子态之间的“距离”。
狄拉克括号
是一种量子化方法，通过引入正则变量和其对应的算符，将经典物理中的力学量转化为量子算符，从而建立量子力学中的基本关系。
描述量子系统的状态，可以通过波函数来描述。
量子态与波函数
量子态
一种特殊的函数，可以表示量子系统的状态，并描述量子粒子在空间中的概率分布。
波函数
波函数具有正交性、归一性和相干性等性质，可以用于计算量子系统的性质和演化。
波函数的性质
一种操作符，可以用于描述物理系统的能量和动量等性质。
哈密顿算符
描述量子系统演化的偏微分方程，可以通过求解该方程得到波函数和量子系统的性质。
量子优化
量子优化是一种使用量子计算机解决优化问题的技术。最著名的量子优化算法是量子退火和量子近似优化算法。这些算法可以解决一些经典优化难以解决的问题，如旅行商问题、背包问题和图着色问题等。然而，实现高效的量子优化算法仍面临许多挑战，如找到合适的启发式方法、处理噪声和误差等。
量子信息中的量子算法与量子优化
解释和预测新材料的物理性质，如超导性和半导体性质等。
人教版高中物理选修3-5第十九章 原子核19.8粒子和宇宙教学课件 (共16张PPT)
2013年诺贝尔物理学奖颁发给了 比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特 和英国物理学家彼得·希格斯，表彰 他们描述了粒子物理学的标准模型， 其预测的基本粒子—希格斯玻色子， 被欧洲核子研究中心运行的大型强子 对撞机通过实验发现．
彼得·希格斯
粒子
粒子
思考 讨论
对原子的认识花了2000年左右，而后来大量 粒子的发现只用了100年左右，对此你有何感想？
1.观念的突破
2.研究方法的不断完善
3.研究工具的不断进步
粒子
同步
加速器
直线加速器装置示意图
直线
国家同步辐射实验室能量为800M℮V的电子存储环
粒子
对撞机
北京正负电子对撞机鸟瞰图
1988 年北京正负电子对撞机首次 对撞成功时的情景
欧洲LHC 的鸟瞰示意图，它的周长高达27 km．
视频-人与宇宙
粒子和宇宙
Particle &Universe
粒子
李政道 丁肇中
杨振宁
华人的 贡献
朱棣文
粒子
粒子
作为物质的质量之源，希格斯玻 色子连接着粒子获得质量的领域．没 有希格斯玻色子，宇宙和人类就不会 存在．长期以来，希格斯玻色子难觅 踪影，无数全球顶级科学家苦苦捕捉 着这一“上帝粒子”的存在证据．
宇宙
π介子就是汤川秀树在1935年 提出的介子（.质子和质子间，质 子和中子间，中子和中子间，都 有一种由于交换介子而交互吸引 的作用力.）从汤川秀树的核力理 论提出,到π介子的发现,标志着人 类对物质的认识向前跨进了一步, 开辟了一个新的领域,即从认识原 子核深入到认识基本粒子的领域
汤川秀树
粒子
宇宙
大爆炸 Big Bang
137亿年
彼得·希格斯
粒子
粒子
思考 讨论
对原子的认识花了2000年左右，而后来大量 粒子的发现只用了100年左右，对此你有何感想？
1.观念的突破
2.研究方法的不断完善
3.研究工具的不断进步
粒子
同步
加速器
直线加速器装置示意图
直线
国家同步辐射实验室能量为800M℮V的电子存储环
粒子
对撞机
北京正负电子对撞机鸟瞰图
1988 年北京正负电子对撞机首次 对撞成功时的情景
欧洲LHC 的鸟瞰示意图，它的周长高达27 km．
视频-人与宇宙
粒子和宇宙
Particle &Universe
粒子
李政道 丁肇中
杨振宁
华人的 贡献
朱棣文
粒子
粒子
作为物质的质量之源，希格斯玻 色子连接着粒子获得质量的领域．没 有希格斯玻色子，宇宙和人类就不会 存在．长期以来，希格斯玻色子难觅 踪影，无数全球顶级科学家苦苦捕捉 着这一“上帝粒子”的存在证据．
宇宙
π介子就是汤川秀树在1935年 提出的介子（.质子和质子间，质 子和中子间，中子和中子间，都 有一种由于交换介子而交互吸引 的作用力.）从汤川秀树的核力理 论提出,到π介子的发现,标志着人 类对物质的认识向前跨进了一步, 开辟了一个新的领域,即从认识原 子核深入到认识基本粒子的领域
汤川秀树
粒子
宇宙
大爆炸 Big Bang
137亿年
2012第19章量子力学基础(大物课件)
设太阳为黑体，测λm=510nm，得 T表面 = 5700K
2）斯特藩 — 玻耳兹曼定律 Stefan（德）Boltzman（奥）
M (T ) = σ T
−8 2
4
4
σ = 5.67×10 w/m ⋅ K
—— 斯特藩 — 玻耳兹曼常量 1879年斯特藩从实验上总结而得 1884年玻耳兹曼从理论上证明 斯特藩 — 玻耳兹曼定律和维恩位移定律是 测量高温、遥感和红外追踪等的物理基础。
x射线光子流与散射物质相互作用情况与散射物质种类无关光子电子弹性碰撞束缚强光子整个原子瑞利散射光子内层电子光子外层电子束缚弱光子自由电子光子能量减少电子反冲康普顿散射原子量越小物质发生第二种碰撞概率越大康普顿效应显著同一散射角下随散射物质的变化光子能量自由电子热运动能量光子静止自由电子弹性碰撞能量守恒动量守恒光子电子碰撞前碰撞后建立方程动量守恒
2
Mν 1 = Mν 2 = L = I(T ,ν )
αν 1
αν 2
I(T ,ν )－与材料无关的普适函数
Qαν黑体 = 1 ∴
Mν 1
αν 1
=
Mν 2
αν 2
= L = Mν 黑体 = I (T ,ν )
黑体的光谱辐出度最大，与构成黑体的材料 无关。利用黑体可撇开材料的具体性质，普遍 研究热辐射本身的规律。 好的辐射体也是好的吸收体
第 19 章
量子物理学基础
引 言
十九世纪末，经典物理已发展得相当成熟， 人们认为，对物理现象本质的认识已经完成。 电磁理论对波动光学的成功解释， 更使人感到经典物理似乎可以解决所有问题。 当时，著名的英国物理学家J.J.汤姆孙曾说道： “物理学的大厦已基本建成， 后辈物理学家只要 做些修补工作就行了。 ”
从经典力学到量子力学说课课件
4、索尔维会议的补充及意图
前排左起：I.朗缪尔、 M.普朗克 、M.居里夫人、H.A.洛伦兹、 A.爱因斯坦 、P.朗之万、 Ch.E.古伊、 C.T.R.威尔逊、O.W.里查逊（O.W.Richardson） 中排左起：P.德拜 、M.克努森、 W.L.布拉格、 H.A.克莱默、P.A.M狄拉克、 A.H.康普顿、 L.德布罗意（L. de Broglie）、 M.波恩、N.玻尔（N.Bchr ） 后排左起：A.皮卡尔德、E.亨利厄特、P.埃伦费斯特、Ed.赫尔岑、 Th.顿德尔、E.薛定谔、 E.费尔夏费尔德、 W.泡利、W.海森堡、R.H.否勒、 L.布里渊
A 课前设计和准备
知识和教材准备
A 课前设计和准备
知识和教材准备
逻辑+ 实验+数学=近代科学方法
19世纪末20世纪初物理学的三大发现 （X射线-1895年、放射线-1896年、电子-1897年）
突破自然界无跳跃的原则和光电效应的解释
A 课前设计和准备
知识和教材准备
学生准备
问题： • 为什么会想挑战经典物理学？ • 为何能够突破牛顿绝对静止的时空观和传统物理学的束缚？ • 十二岁的爱因斯坦为什么要挑战欧几里得？
时代背景 科学贡献 影响意义
牛顿
爱因斯坦
结果显示，在此番竞争中，爱 因斯坦“全面败退”。对于第一个 问题，61.8%的普通民众认为，牛顿 对科学的贡献更大。而在345名科学 家的投票结果中，牛顿的优势更为 明显，86.2%的人认为他在科学上的 贡献更重要。至于第二个问题，牛 顿依然以50.1%的民众票数和60.9% 的科学家票数胜出。由此，牛顿全 面胜出。
5、通过爱因斯坦的名言总结科学精神
我并非比别人更有天赋，我只是比一般人更有好 奇心，在找到答案之前不会放弃。——A.爱因斯坦
量子学19章1-4节详解
Ω
4. 波函数统计诠释涉及对世界本质的认识 在已知的给定条件下，不可能精确地预知结果， 在已知的给定条件下，不可能精确地预知结果， 只能预言某些可能的结果的概率。 只能预言某些可能的结果的概率。 和经典物理的严格因果律直接矛盾，至今争论未息。 和经典物理的严格因果律直接矛盾，至今争论未息。 哥本哈根学派 VS 爱因斯坦 狄拉克
i − ( Et − p ⋅ r ℏ
二.波函数的物理意义 与光波类比， 与光波类比，波函数的强度为
Ψ = ΨΨ
2
*
Ψ* ----Ψ的共轭复数 ----Ψ 由玻恩的概率波概念， 由玻恩的概率波概念，粒子出现在 体积元dV内的概率为 体积元 内的概率为
dw = Ψ dV 2 ----概率密度 ∴ Ψ = dw dV ----概率密度
i − ( Et − px ) ℏ
∂Ψ p ∴ 2 =− 2 Ψ ∂x ℏ
2 2
ℏ ∂Ψ p − = Ψ 2 2m ∂x 2m
2 2 2
∂Ψ i ∂Ψ = − EΨ 又 iℏ = EΨ ∂t ℏ ∂t 2 p ∵E = （非相对论情况下） 2m 2 2 ℏ ∂ Ψ ∂Ψ ∴− = iℏ 2 2m ∂x ∂t
第19章 19章
§19.1
量子力学基础
实物粒子的波粒二象性 实物粒子的波粒二象性
实物粒子的波粒二象性 粒子的波粒二象性） 一.德布罗意波（实物粒子的波粒二象性）
1924年法国年轻的博士德布罗意提 1924年法国年轻的博士德布罗意提 出设想： 出设想：实物粒子与光一样也具有 波粒二象性 2 类比： E = mc = hν 类比：
电子束
电子束
P1
P12
P2
Ψ12 = Ψ1 + Ψ2
4. 波函数统计诠释涉及对世界本质的认识 在已知的给定条件下，不可能精确地预知结果， 在已知的给定条件下，不可能精确地预知结果， 只能预言某些可能的结果的概率。 只能预言某些可能的结果的概率。 和经典物理的严格因果律直接矛盾，至今争论未息。 和经典物理的严格因果律直接矛盾，至今争论未息。 哥本哈根学派 VS 爱因斯坦 狄拉克
i − ( Et − p ⋅ r ℏ
二.波函数的物理意义 与光波类比， 与光波类比，波函数的强度为
Ψ = ΨΨ
2
*
Ψ* ----Ψ的共轭复数 ----Ψ 由玻恩的概率波概念， 由玻恩的概率波概念，粒子出现在 体积元dV内的概率为 体积元 内的概率为
dw = Ψ dV 2 ----概率密度 ∴ Ψ = dw dV ----概率密度
i − ( Et − px ) ℏ
∂Ψ p ∴ 2 =− 2 Ψ ∂x ℏ
2 2
ℏ ∂Ψ p − = Ψ 2 2m ∂x 2m
2 2 2
∂Ψ i ∂Ψ = − EΨ 又 iℏ = EΨ ∂t ℏ ∂t 2 p ∵E = （非相对论情况下） 2m 2 2 ℏ ∂ Ψ ∂Ψ ∴− = iℏ 2 2m ∂x ∂t
第19章 19章
§19.1
量子力学基础
实物粒子的波粒二象性 实物粒子的波粒二象性
实物粒子的波粒二象性 粒子的波粒二象性） 一.德布罗意波（实物粒子的波粒二象性）
1924年法国年轻的博士德布罗意提 1924年法国年轻的博士德布罗意提 出设想： 出设想：实物粒子与光一样也具有 波粒二象性 2 类比： E = mc = hν 类比：
电子束
电子束
P1
P12
P2
Ψ12 = Ψ1 + Ψ2
量子力学课件
量子力学彭斌地址：微固楼211电话：83201475Email: bpeng@引言牛顿力学质点运动牛顿力学（F、p、a）22dtvdmmaF==牛顿力学成功应用到从天体到地上各种尺度的力学客体的运动中。
引言牛顿力学热力学●统计物理Ludwig Boltzmann Willard Gibbs引言牛顿力学热力学●统计力学 电动力学电磁现象——Maxwell方程组¾统一电磁理论¾光─> 电磁波1600170018001900时间t力学电磁学热学物理世界（力、光、电磁、热…）经典热力学（加上统计力学）经典电动力学（Maxwell 方程组）经典力学（牛顿力学）迈克尔逊－莫雷实验黑体辐射动力学理论断言，热和光都是运动的方式。
但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……——开尔文（1900年）引言什么是量子力学？什么是量子力学？——研究微观实物粒子（原子、电子等）运动变化规律的一门科学。
相对论量子力学量子电动力学量子场论高能物理相对论力学经典电动力学V~C量子力学（非相对论）经典力学v<<C微观宏观量子力学的重要应用量子力学的重要应用¾自从量子力学诞生以来，它的发展和应用一直广泛深刻地影响、促进和促发人类物质文明的大飞跃。
¾百年（1901－2002）来总颁发Nobel Prize 97次单就物理奖而言：——直接由量子理论得奖25次——直接由量子理论得奖＋与量子理论密切相关而得奖57次¾量子力学成为整个近代物理学的共同理论基础。
在原理和基础方面，仍然存在着至今尚未完全理解、物理学家普遍的困惑的根本性问题。
在原理和基础方面，仍然存在着至今尚未完全理解、物理学家普遍的困惑的根本性问题。
任何能思考量子力学而又没有被搞得头晕目眩的人都没有真正理解量子力学"Anyone who has not been shocked by quantum physics has not understood it." -Niels Bohr 任何能思考量子力学而又没有被搞得头晕目眩的人都没有真正理解量子力学"Anyone who has not been shocked by quantum physics has not understood it."-Niels Bohr 我想我可以相当有把握地说，没有人理解量子力学。