第二节 爱因斯坦的光量子理论
一、光电效应
金属受到光照射后释放出电子的效应。
1887年，由赫兹首先发现。
二、经典理论无法解释光电效应现象
比如按经典电磁理论，波传递的能量正比于振幅的平方，与入射光频率无关，但实验验证却恰恰相反。
三、爱因斯坦的光量子
普朗克在热辐射理论中所提出的能量子理论，启发了爱因斯坦。
爱因斯坦认为能量不仅以ε=hν形式发射，也以同样的方式一份份被吸收，光是由具有粒子性的光子所组成。
他说：“光量子钻进物体的表面层，把它的全部能量给予了单个电子”。
提出了著名的光电效应方程：
爱因斯坦的光量子理论，一语中的，圆满地解释了光电子效应，使量子概念进一步深入人心，并因此获得诺贝尔物理奖。
四、物理规律中的辩证法
可见，若仅仅认为光只具有波动性，就无法解释光电效应，同样若只承认光的粒子性，就无法解释它的干涉、衍射现象，二者都不能对光以全面科学的解释。光的波粒二象性是波动性与粒子性的矛盾对立统一。
第三节 卢瑟福的原子核式结构
一、原子模型的历史演变
电子的发现，引起了人们对原子内部结构的兴趣，但都莫衷一是。
1、长岗的土星模型:1904年，提出土星卫环模型。
2、J·J·汤姆逊西瓜模型：正电荷像西瓜瓤，负电荷像西瓜子分布其上。
演示J·J·汤姆逊的西瓜模型
二、卢瑟福的核式结构
1、卢瑟福: （1871-1937）生于新西兰一个偏远的小城镇，有兄弟姐妹12人，但身体很好，18岁获奖学金上大学。后又获得英国剑桥大学留学的资格。
J·J·汤姆逊：“在独创的科学研究中，我从未见过有比卢瑟福先生更加热情和干练有为的学生。”
后从事教学与科研，1907年获诺贝尔化学奖。
2、α射线的大角散射
J·J·汤姆逊：“原子内的正电荷是均匀地分布在原子中的，而并非呈粒子状态。”而卢瑟福认为应该用带电粒子碰撞去试探。
1909年，卢瑟福和盖革、马登思，用氦核轰击厚度为米的金箔，起初盖革没看到什么现象，卢瑟福告诉他要仔细观察：“要多看细看，实验要重复几次，几十次，几百次，才能发现偶然的现象。”
他们发现有1/8000的α粒子，偏转反弹。
卢瑟福:“犹如一15寸的炮弹去轰一张薄纸，而炮弹却掉过头来击中你自己一样。”
卢瑟福于1911年、1913年发表论文，提出了原子的有核模型，使人们对原子的结构有了进一步的了解，同时也提出了研究微观粒子的方法。
演示原子核式结构
但一则以喜，一则以忧，原子的核式结构却无法用经典理论加以解释。
第四节 玻尔的氢原子理论
一、玻尔(1885-1962):丹麦物理学家
1911年赴英国剑桥大学。在汤姆逊的指导下，跟卢瑟福搞科研。参加第一颗原子弹的制造。
37岁获诺贝尔奖。
二、玻尔的氢原子理论
首创将量子理论用于解释原子现象的第一人。
深信核式理论的正确性，认为必须对经典概念进行改造。
1913年，写出了《原子构造和分子构造》（1）（2）（3）三篇论文，提出了定态跃迁的原子模型。
1)定态假设：原子中电子的轨道不是任意的，只能取分立的几个，在以上轨道运动的电子不辐射电磁波，原子处于相应的定态。
2）跃迁假设：原子中的电子从一定态跃迁到另一定态，若相应的能量，则原子将放出一个光子，其频率。
3）角动量量子化：如果电子绕核转的是圆轨道的话，它的角动量也应是量子化的，即(ｎ＝1，2，3…)
玻尔把量子理论开创性地应用到原子理论中去，成功地解释了氢原子的核式结构和氢光谱的规律，量子论又一次取得成功。
三、玻尔理论的缺陷
玻尔理论是经典与量子理论的混合物，存在着内在的不协调，内在的矛盾。
第五节 量子理论的发展
一、量子力学的发展线索与代表人物
1.量子力学：研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。
2.线索
3.代表人物
泡利——提出不相容原理（1924年）
德布罗意——提出物质波（1923年）31岁
海森堡——提出矩阵力学（1925年）24岁
薛定谔——提出波动方程（1926年）39岁
狄拉克——非相对论量子力学（1926年）24岁
波恩——对波函数的物理诠释
玻尔——互补原理和对量子力学诠释（1927年）
二、矩阵力学的创立
1.海森堡的贡献
海森堡在索末菲、玻尔等人指导下，认识到在原子物理中，轨道上运行的电子位置和速度是不可观察的，因而需要用可观察量去描写电子所处的状态，他认为n是原子定态的量子数，光谱频率ω和振幅A是原子现象的可观察量，海森堡用频率和振幅表示了坐标
海森堡决定用新思路去描述微观世界。
2.波恩的思索
波恩看到海森堡的论文《关于运动学和动力学关系的量子论解释》后，经过8天的苦苦思索，终于认识到海森堡的数集，是他在大学里学过的矩阵，这样某力学量就可以用一些元素组成的矩阵来表示。
3.算符的引进
由海森堡、波恩等引入到量子力学中。在量子力学中用算符表示力学量，它可以作用在一个函数上，得出另一个函数。比如动量算符。
泡利用海森堡的矩阵力学解决了三个方面的问题，矩阵力学成长建立起来。
三、波动力学的建立
1.德布罗意波
1)德布罗意（1892-1960）:法国人，一战服役六年，原来从事历史研究，受其兄影响，改学物理，1924年获博士学位，1932年任巴黎大学物理教授，1933年被选为法国科学院院士，1929年获诺贝尔物理奖。
2)德布罗意的观点:既然光具有波粒二象性，那么实物粒子如电子、质子等也应该具有波动性和粒子性。
3)实验验证:1923年9～10月，德布罗意在法国科学院《通报》上，发表了三篇文章，提出了物质波的思想，并指出这种波的波长为。
戴维森——革末实验：美国人，贝尔电话实验室研究员
G.P. 汤姆逊实验 演示汤姆逊实验
由于他们实验的成功，实物粒子也具有波动性的理论被证实了，他们也因此获得了1937年的诺贝尔奖。
2.薛定谔的创建
1）薛定谔(1887-1961):奥地利人，物理学博士。曾先后担任苏黎士、柏林大学的物理学教授，在爱尔兰工作了17年，1933年获诺贝尔物理学奖。
1944年发表《生命是什么》，给生命科学注入了新的活力。
2）薛定谔方程：薛定谔在德布罗意、爱因斯坦的启发影响下，在1926年1-6月，连续发表了四篇论文，系统阐明了波动力学的理论，提出了量子力学中著名的薛定谔方程。
3.矩阵力学与波动力学的统一
既然矩阵力学与波动力学描述了同一物理现象，它们之间是否存在着内在的联系？薛定谔证明了矩阵力学和波动力学的等价性，1926年，狄拉克提出了普遍的变换理论，使两种力学进一步得到和谐与统一，将其统称为量子力学，并引进了狄拉克方程，奠定了粒子物理和量子电动力学的基础，因此狄拉克与薛定谔共获1933年诺贝尔物理奖。
总之，量子力学冲破了经典物理的局限，迅速发展起来，成为我们研究微观世界的有力武器。普朗克、卢瑟福、玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡等科学家为追求真理而勇于探索的精神，成为我们学习的榜样。
