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量子力学绪论
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量子力学绪论
量子力学是反映微观粒子（分子、原子、原子核及基本粒子等）运动规律
的理论，是物理学的基础理论之一，对人类社会的科学、哲学、技术和经
济带来了巨大的影响。
“没有量子论就不可能有半导体、集成电路、激光器和信息科学”。
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19世纪末，经典物理已相当成熟，已经建立了完整的经典物理学理论，对物理现象本质的认识似乎已经完成。
牛顿力学 — 物体的机械运动（速度远小于光速）
麦克斯韦方程组 和洛仑兹力公式— 电磁现象、光的波动理论
杨氏衍射实验 — 确定了光的波动性；
热力学三大定律和统计力学 — 热现象有关的微观理论
经典物理学的成就
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但在喜悦的气氛中，还有两朵小小的令人不安的乌云：
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一旦深入到分子、原子领域，一些实验事实和经典理论发生矛盾
或无法理解。
(1). 为什么原子不坍塌；
(2). 光谱线为什么是分立的；
(3). 纳蒸汽为什么会发射黄光，即有标志谱线；
(4). 重核会发生α衰变。
存在与经典物理学的概念完全不相容的崭新的实验事实 :
a. 辐射的微粒性；
b. 物质粒子的波动性；
c. 物理量的“量子化”, 即测量值取分立值或某些确定值。
一、经典物理学的困难
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经典物理学的困难
黑体辐射、光电效应、原子的光谱线系、固体的低温比热等经典物理
理论无法解释。
而据此建立起的新的完全不同于经典物理 学的量子力学规律已深入物
理学的各个领域， 并正成功地应用于其它的领域，成为有力的理论 工具，解决经典理论范围内无法解决的问题。
1、黑体辐射
量子革命的导火线：黑体辐射的微粒性。具体的挑战是理解黑体（即某
种热的物体）辐射的光谱。
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辐射现象：热的物体发光，越热发出的光越明亮。辐射光谱的范围很广，
当温度升高时，光谱的峰值从红线向黄线移动，然后又向蓝线移动（这些
不是我们能直接看见的）。
黑体: 吸收本领最大的物理, 它能够全部吸收辐射到它表面上的电磁波。
辐射本领：单位时间内从辐射体表面的单位面积上发射出的辐射能量的频率分布，用 E(ν,T) 表示。所以在Δt时间内，从面积ΔS上发射出频率在ν—ν+Δν范围内的能量为：E(ν,T)ΔtΔSΔν
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因此， E(ν,T) 的量纲为： 。
Kirchhoff证明：辐射本领与辐射体的能量密度分布的关系：
能量密度 的单位：
吸收率：照到物体上的辐射能量分布被吸收的份额。
由于黑体的吸收率为 1，故其辐射本领E(ν,T)=f(ν,T)（普适函数与物
质无关）。
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黑体辐射的实验定律
斯忒藩－玻尔兹曼定律（Stefan- Beltzmann Law）
1879 Stefan实验测定、1884 Beltzmann从热力学理论导出
即黑体辐射电磁波的能量与绝对温度四次方成正比。
实验还可测出辐射能量的频率分布：
由电磁波的波长与频率间的关系： c=λν 得到
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Wein位移定律
在实验测得各种温度下辐射本领的频率分布曲线中，维恩发现：
对于一个确定的温度，有一个相应的波长使辐射本领 达极大值，有规律：
实验测得黑体辐射本领 E(λ,T)与λ 的变化曲线如下：
由曲线得到结论： 随着温度升高，热辐射峰值向短波（高频）方向移动。
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经典理论导出的理论公式
物理学家用经典物理学理论，解释黑体辐射定律的失败，表明了经典物理学的缺陷。
维恩（Wein）公式 1896
由热力学第二定律及在一些假设基础上得到辐射本领公式：
维恩公式在高频（短波段）与实验结果相符，但在低频（长波）段偏离实验曲线。

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