☆ 经典物理学遇到了难题
19世纪末，物理学理论（经典物理学）已相当完善： ◆Newton力学 ◆Maxwell电磁场理论 ◆Gibbs热力学 ◆Boltzmann统计物理学
上述理论可解释当时常见物理现象，但也发现了解释不了的新现象。
一、三个著名实验导致“量子论”概念的引入和应 用1. 黑体辐射与普朗克的量子论
2、当h＝w 阈频率0
时，＝0，这时的频率就是产生光电效应的临
3、＝当hh－wh时0，，动能0与，频逸率出呈金直属线的关电系子，具与有光一强定无动关能。，Ek
conservation of momentum are obey.
产生光电效应时的能量守恒：
w h mv h＝ ＋E ＝ + /2 2
• （脱出功：电子逸出k 金属所需的0最低能量，w＝h0） • 用Einstein光子说，可圆满解释光电效应：
1、不当发h生光w 电时效，应 ；0，光子没有足够能量使电子逸出金属，
1905年，Einstein在Planck能量量子化的启发下，提出 光子说：
★光的能量是不连续的，每一种频率的光其能量都有一个 最小单位，称为光子，光子的能量与其频率成正比： h
★光是一束以光速行进的光子流，光的强度取决于单位体 积内光子的数目（光子密度）。
★光子不但有能量，还有质量（m），但光子的静止质量 为零。根据相对论的质能联系定律＝mc2，光子的质量 为：m＝h/c2，不同频率的光子具有不同的质量。
★光子有质量，必有动量：p＝mc＝h/c＝h/ (c＝） ★光子与电子碰撞时服从能量守恒与动量守恒定律。
In 1905, Einstein proposed the corpuscular theory of light which explained this photoelectric effect. The theory states:
光
电子
金属
●光电子动能随照射光频率的增 加而增加。
经典理论不能解释光电
效应：
Ek
经典理论认为，光波的能
量与其强度成正比，而与频率
无关；只要光强足够，任何频
率的光都应产生光电效应；光
电子的动能随光强增加而增加， 与光的频率无关。
0
0

光电子动能与照射光频率的关系
这些推论与实验事实正好
相反。
（2）Einstein光子学说
(1) Energy of light is quantized, unit of minimal energy is called photon.
(2) Light consists of a stream of photos. The intensity of light depends on the number of photons in a unitvolume, i.e. the photon density.
《结构化学》
第一章 量子力学基础和原子结构
Chapter 1 The Basic Knowledge of Quantum Mechanics and Atomic Structure
1-1 经典物理学的困难和量子论的诞生
主讲教师：庄志萍 教授
1.1经典物理学的困难和量子论的诞生
(Classical Mechanics failed to Describe Experiments on Atomic and Molecular Phenomena and Birth of Quantum Theory )
Jeans（瑞
利－金斯）
曲线
实验曲线 黑体辐射能量分布曲线 波长
经典理论无论如何也得不出这种 有极大值的曲线。
（2）Planck能量量子化假设
• 1900年，Planck（普朗克）假定，黑体中原子或分子辐 射能量时作简谐振动，只能发射或吸收频率为,能量为
h 的整数倍的电磁能，即振动频率为的振子，发射
的能量只能是0h，1h，2h，……，nh（n为整数）。
• h称为Planck常数，h＝6.626×10－34J•S
• 按Planck假定，算出的辐射能E与实验观测到的黑体辐 射能非常吻合：
Байду номын сангаас E
8h 3 c3
eh / kt 1 1
●能量量子化：黑体只能辐射频率为，数值 为h的整数倍的不连续的能量。
按经典理论只能得出能量随波长单 调变化的曲线：
Rayleigh-Jeans把分子物理学中能 量按自由度均分原则用到电磁辐射 上，按其公式计算所得结果在长波 处比较接近实验曲线。
Wien假定辐射波长的分布与 Maxwell分子速度分布类似，计算结 果在短波处与实验较接近。
Wien（维恩）曲线 能
量
Rayleigh-
( Blackbody radiation and planck’s energy quantization )
（1）黑体及黑体辐射
黑体：能全部吸收外来电磁波的物体。黑色物体或开一小孔的空心 金属球近似于黑体。
黑体辐射：加热时，黑体能辐射出各种波长电磁波的现象。
★经典理论与实验事实间的矛盾：
经典电磁理论假定，黑体辐射是由黑体中带电粒子的振动发出的， 按经典热力学和统计力学理论，计算所得的黑体辐射能量随波长变 化的分布曲线，与实验所得曲线明显不符。
(3) A photon has energy as well as mass, on the basis of
relativity, ν=c，所以m0为0
m
m0
1 (v / c)2
h
(4) A photon has a definite momentum P =
(5) As photons run into electron, persistence of energy and
2. 光电效应与爱因斯坦光子说
) ( Photoelectric effect and Einstein’s Photons
（1）光电效应：光照射在金属表面，使金属发 射出电子的现象。
1900年前后，许多实验已证实：
●照射光频率须超过某个最小频 率0，金 属才能发射出光电子；
●增加照射光强度，不能增加光 电子的动能，只能使光电子的数 目增加；