量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維(共27張PPT)精選

量子力學(xué)(liànɡzǐlìxué)的誕生與創(chuàng)新思維第一頁，共27頁。返回(fǎnhuí)總目錄至19世紀(jì)末頁，經(jīng)典物理在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：牛頓力學(xué)的建立，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為(rènwéi)物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。量子力學(xué)誕生(dànshēng)的背景：量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維海王星的發(fā)現(xiàn)鏈接麥克斯韋鏈接第二頁，共27頁。正于是1900年英國物理學(xué)家(wùlǐxuéjiā)開爾文在瞻望20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展的文章中說到：但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到(tídào)的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)(xiūbǔ)工作就行了?！?-開爾文--量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維第三頁，共27頁。后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命(gé〃mìng)的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，誕生了兩門新的學(xué)科熱輻射理論解釋（微觀領(lǐng)域）電磁理論適用的參照系（高速運(yùn)動(dòng)）量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維第四頁，共27頁。電磁理論適用的參照系（高速運(yùn)動(dòng)）相對論熱輻射理論解釋（微觀領(lǐng)域）量子力學(xué)量子力學(xué)(liànɡzǐlìxué)的誕生相對論問世(wènshì)微觀(wēiguān)領(lǐng)域高速領(lǐng)域量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維第五頁，共27頁?！?9.1熱輻射一、基本概念（一）熱輻射下一頁上一頁返回(fǎnhuí)本章目錄這種輻射可以是紅外線、可見光或紫外線，人眼不一定(yīdìng)可見。量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新(chuàngxīn)思維第六頁，共27頁。白熾燈火爐400度1000度600度白熾燈的熱輻射規(guī)律(guīlǜ)當(dāng)物體因輻射(fúshè)而失去的能量等于從外界吸收的輻射(fúshè)能時(shí)，這時(shí)物體的狀態(tài)可用一確定的溫度來描述，這種熱輻射(fúshè)稱為平衡熱輻射(fúshè)。反之稱為非平衡熱輻射(fúshè)。下一頁上一頁返回(fǎnhuí)本章目錄量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維第七頁，共27頁。（二）黑體(hēitǐ)下一頁上一頁返回本章(běnzhānɡ)目錄3）一個(gè)開有小孔的內(nèi)表面粗糙(cūcāo)的空腔可近似看成理想的黑體。量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維第八頁，共27頁。（三）輻射(fúshè)出射度（輻出度）光源(guāngyuán)S=11）輻出度（總發(fā)射(fāshè)本領(lǐng)）顯然，它是溫度的函數(shù)2）單色輻出度（單色發(fā)射本領(lǐng)）

單位時(shí)間內(nèi)，溫度為T的物體上單位面積上發(fā)射波長在+d范圍內(nèi)的輻射能dM與波長間隔d比值，用

M（）表示。量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維第九頁，共27頁。下一頁上一頁返回(fǎnhuí)本章目錄光源(guāngyuán)S=13）輻出度與單色輻出度關(guān)系(guānxì)2）單色輻出度（單色發(fā)射本領(lǐng)）量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維第十頁，共27頁。二、黑體(hēitǐ)輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律（一）黑體輻出度的實(shí)驗(yàn)規(guī)律下一頁上一頁返回本章(běnzhānɡ)目錄熱輻射實(shí)驗(yàn)量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維第十一頁，共27頁。1.02.03.04.05.0203010405060(nm)2200K2000K1800K1600K（二）黑體單色輻出度的實(shí)驗(yàn)規(guī)律量子力學(xué)(liànɡzǐlìxué)的誕生與創(chuàng)新思維第十二頁，共27頁。（三）維恩位移定律下一頁上一頁返回(fǎnhuí)本章目錄量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新(chuàngxīn)思維第十三頁，共27頁。（一）經(jīng)典(jīngdiǎn)物理學(xué)公式三、普朗克黑體輻射(fúshè)公式下一頁上一頁返回本章(běnzhānɡ)目錄1.02.03.04.05.06.07.08.09.0(nm)熱輻射實(shí)驗(yàn)量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維第十四頁，共27頁。1.02.03.04.05.06.07.08.09.0(nm)熱輻射實(shí)驗(yàn)維恩公式(gōngshì)量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維第十五頁，共27頁。（二）普朗克黑體輻射(fúshè)公式下一頁上一頁返回本章(běnzhānɡ)目錄1.02.03.04.05.06.07.08.09.0(nm)熱輻射實(shí)驗(yàn)量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維第十六頁，共27頁。下一頁上一頁返回本章(běnzhānɡ)目錄量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維第十七頁，共27頁。下一頁上一頁返回本章(běnzhānɡ)目錄（三）普朗克量子(liàngzǐ)假說量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新(chuàngxīn)思維原來，物質(zhì)由分子和原子組成，原子中的原子核和電子構(gòu)成一個(gè)電偶極子，如果它們之間的距離隨時(shí)間作諧振動(dòng)，也就是它的電偶極矩隨時(shí)間作諧振動(dòng)，我們稱其為振蕩電偶極子，或帶電諧振子。它們將向外輻射電磁波。這就是熱輻射。根據(jù)振動(dòng)理論，諧振動(dòng)的能量與振幅成正比，由于經(jīng)典物理中振動(dòng)的振幅可以連續(xù)變化，因此帶電諧振子具有的能量將是連續(xù)地變化。第十八頁，共27頁。（三）輻射(fúshè)出射度（輻出度）第二十三頁，共27頁。二是要有獨(dú)立的思考，創(chuàng)造性的思維。觀書有感(yǒuɡǎn)量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維不確定關(guān)系，它的位置與動(dòng)量、角位置與角動(dòng)量、能量與時(shí)間滿足不確定關(guān)系?！暗?，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”返回(fǎnhuí)本章目錄洛侖茲后來在評(píng)論普朗克關(guān)于能量子這個(gè)大膽假設(shè)的時(shí)候所說的話，才道出了問題的本質(zhì)。量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維在某些非線性系統(tǒng)中，系統(tǒng)對初值的依賴極端敏感，兩次只是初值有微小差別的混沌運(yùn)動(dòng)，它們的差別隨時(shí)間推移越來越大，混沌運(yùn)動(dòng)具有某種程度的不可預(yù)測性。量子力學(xué)(liànɡzǐlìxué)的研究方法嘗試都失敗了，這個(gè)量非常頑固.第二十五頁，共27頁。返回本章(běnzhānɡ)目錄（四）偉大意義普朗克的能量量子化假說，不僅為解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律提供了理論根據(jù)，更重要的是打破了經(jīng)典理論對人們(rénmen)頭腦的束縛。從此以后，各種新思想、新觀點(diǎn)層出不窮。最終導(dǎo)致量子力學(xué)這門新學(xué)科的誕生。因此1900年12月14日公認(rèn)為量子力學(xué)的誕生之日。下一頁上一頁返回本章(běnzhānɡ)目錄量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維第十九頁，共27頁。從普朗克的量子假設(shè)我們(wǒmen)看到，要在科技上創(chuàng)新，至少需要三點(diǎn)：一是要對學(xué)科的前沿有深入的了解。二是要有獨(dú)立的思考，創(chuàng)造性的思維。三是要有扎實(shí)的基本功。下一頁上一頁返回本章(běnzhānɡ)目錄量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維洛侖茲后來在評(píng)論普朗克關(guān)于能量子這個(gè)大膽假設(shè)的時(shí)候所說的話，才道出了問題的本質(zhì)。他說：“我們一定不要忘記，這樣靈感觀念的好運(yùn)氣，只有那些刻苦工作和深入思考的人才能得到?！钡诙?，共27頁。注意：普朗克這一思想是完全背離經(jīng)典物理，并受到當(dāng)時(shí)許多人的懷疑和反對，包括當(dāng)時(shí)的物理學(xué)泰斗---洛侖茲。乃至當(dāng)時(shí)普朗克自已也想以某種方式來消除這一關(guān)系式。它寫道：

“我試圖將h納入經(jīng)典理論的范圍，但一切這樣的嘗試都失敗了，這個(gè)量非常頑固.”后來他又說：

“在好幾年內(nèi)我花費(fèi)了很大的勞動(dòng)，徒勞地去嘗試如何將作用量子引入到經(jīng)典理論中去。我的一些同事把這看成是悲劇。但我有自已的看法，因?yàn)槲覐倪@種深入剖析中獲得了極大的好處，起初我只是傾向于認(rèn)為，而現(xiàn)在是確切地知道作用量子將在物理中發(fā)揮出巨大作用”。事實(shí)上正是這一理論導(dǎo)致了量子力學(xué)的誕生(dànshēng)，普朗克也成為了量子力學(xué)的開山鼻祖，1918年因此而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。普朗克的困惑(kùnhuò)量子力學(xué)的誕生(dànshēng)與創(chuàng)新思維下一頁上一頁返回本章目錄第二十一頁，共27頁。觀書有感(yǒuɡǎn)朱熹半畝方塘一鑒開，天光云影共徘徊，問渠那得清如許，為有源頭活水來。朱熹：南宋著名理學(xué)家20世紀(jì)初物理學(xué)的活水就是(jiùshì)普朗克的能量子假設(shè)和愛因斯坦的相對論量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新(chuàngxīn)思維下一頁上一頁返回本章目錄第二十二頁，共27頁。量子力學(xué)的發(fā)展史是物理學(xué)上最激動(dòng)人心的篇章之一，我們會(huì)看到物理大廈在狂風(fēng)暴雨下轟然坍塌，卻又在熊熊(xióngxióng)烈焰中得到了洗禮和重生。我們會(huì)看到最革命的思潮席卷大地，帶來了讓人驚駭?shù)碾婇W雷鳴，同時(shí)卻又展現(xiàn)出震撼人心的美麗。我們會(huì)看到科學(xué)如何在荊棘和沼澤中艱難地走來，卻更加堅(jiān)定了對勝利的信念…量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新(chuàngxīn)思維量子(liàngzǐ)史話鏈接下一頁上一頁返回本章目錄第二十三頁，共27頁。研究物理學(xué)問題的三類(sānlèi)方法一類問題(wèntí)：經(jīng)典力學(xué)的決定論量子力學(xué)(liànɡzǐlìxué)的研究方法量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維海王星的發(fā)現(xiàn)鏈接下一頁上一頁返回本章目錄第二十四頁，共27頁。近幾十年來，經(jīng)典力學(xué)決定論的世界觀受到了來自內(nèi)部(nèibù)的巨大沖擊，那就是混沌運(yùn)動(dòng)問題。在某些非線性系統(tǒng)中，系統(tǒng)對初值的依賴極端敏感，兩次只是初值有微小差別的混沌運(yùn)動(dòng)，它們的差別隨時(shí)間推移越來越大，混沌運(yùn)動(dòng)具有某種程度的不可預(yù)測性。蝴蝶效應(yīng)鏈接(liànjiē)第二類問題(wèntí)：非線性條件下的混沌運(yùn)動(dòng)量子力學(xué)的誕生與創(chuàng)新思維下一頁上一頁返回本章目錄第二十五頁，共27頁。第三類問題，如氣體分子熱運(yùn)動(dòng)具有無序性，滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律，與機(jī)械運(yùn)動(dòng)有本質(zhì)(běnzhì)的區(qū)別，在一定的條件下，某個(gè)分子以某種速率出現(xiàn)是一種隨機(jī)事件，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法。量子力學(xué)：波與實(shí)物粒子具有波粒二象性。波函數(shù)的概率解釋，原子(yuánzǐ)中的電子不可能具有確定的軌道，在任意時(shí)刻以一定的概