结构化学授课教案1

第一章 量子力学基础和原子结构

§1-1量子力学建立的实验和理论背景

1900年以前,物理学的发展处于经典物理学阶段,它由Newtan(牛顿)的经典力学,Maxwell(麦克思韦)的电、磁和光的电磁波理论,热力学和统计物理学等组成。这些理论构成一个相当完善的体系,对当时常见的物理现象都可以从中得到说明。但是事物总是不断向前发展的,人们的认识也是不断发展的。在经典物理学取得上述成就的同时,通过实验又发现了一些新现象,它们是经典物理学无法解释的。

1. 黑体辐射——普朗克( planck)的量子假说:量子说的起源

黑体:一种能全部吸收照射到它上面的各种波长的光,同时也能发射各

种波长光的物体。

带有一个微孔的空心金属球,非常接近于黑体,进入金属球小孔的辐射,经过多次吸收、反射,使射入的辐射全部被吸收。当空腔受热时,空腔壁会发出辐射,极小部分通过小孔逸出。

若以E 表示黑体辐射的能量,E d 表示频率在 到d 范围内、单位时间、单位表面积上辐射的能量。以E 对 作图,得到能量分布曲线。

由图中不同温度的曲线可见,随着温度(T)的增加,E 的极大值向高频移动。

许多物理学家试图用经典热力学和统计力学理论来解释此现象。其中比较好的有Rayleigh-Jeans(瑞利-金斯)包分子物理学中能量按自由度均分原则用到电磁辐射上,得到辐射强度公式,它和实验结果比较,在长波处很接近实验曲线,而在短波长处与实验显著不符。另一位是Wein(维恩),他假设辐射按波长分布类似于Maxwell的分子速率分布,所得公式在短波处与实验比较接近,但长波处与实验曲线相差很大。

1900年,普朗克(M. Planck)根据这一实验事实,突破了传统物理观念的束缚,提出了量子化假设:

(1)黑体内分子、原子作简谐振动,这种作简谐振动的分子、原子称谐振子,黑体是有不同频率的谐振子组成。每个谐振子的的能量只能取某一最小的能量单 0位的整数倍, 0被称为能量子,它正比于振子频率 0=h 0,h为普朗克常数(h=6.624×10-27erg.sec=6.624×10-34J.s)。

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