黑体辐射-普朗克能量子假设ppt课件.ppt

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1、第21章量子物理基础量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代，就建立了一套完整的量子力学理论.量子力学宏观领域经典力学现代物理的理论基础量子力学相对论量子力学微观世界的理论起源于对波粒二相性的认识主要内容：21.1黑体辐射21.2光电效应21.3康普顿效应21.4氢原子光谱21.5波粒二象形不确定关系1黑体黑体辐射（1）热辐射实验证明不同温度下物体能发出不同的电磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射.（2）单色辐射出射度单位时间内从物体单位

2、表面积发出的频率在附近单位频率区间（或波长在附近单位波长区间）的电磁波的能量.单色辐射出射度单位：单色辐射出射度单位：21.1黑体辐射（3）辐射出射度（辐出度）单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.024681012钨丝和太阳的单色辐出度曲线21210468太阳可见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）钨丝实验表明辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强.（4）黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体.（黑体是理想模型）0100020001.00.5二斯特藩—玻尔兹曼定律维恩位移定律可见光区3000K6000K（1）斯特藩—玻尔兹曼定律

3、斯特藩—玻尔兹曼常量指出黑体的辐射度与温度之间的关系，没有给出M（λ，T）的具体函数形式0100020001.00.5可见光区3000K6000K（2）维恩位移定律常量峰值波长0123612345瑞利-金斯公式实验曲线****************三黑体辐射的瑞利—金斯公式经典物理的困难瑞利-金斯公式紫外灾难四普朗克假设普朗克黑体辐射公式（1900年）普朗克常量能量子为单元来吸收或发射能量.普朗克认为：金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量时，不是过去经典物理认为的那样可以连续的吸收或发射能量，而是以与振子的频率成正比的普朗克黑体辐射公式空腔壁上的带电谐振子

4、吸收或发射能量应为01236瑞利-金斯公式12345普朗克公式的理论曲线实验值****************1光电效应实验的规律（1）实验装置光照射至金属表面,电子从金属表面逸出,称其为光电子.（2）实验规律截止频率（红限）几种纯金属的截止频率仅当才发生光电效应，截止频率与材料有关与光强无关.金属截止频率4.5455.508.06511.53铯钠锌铱铂19.2921.2光电效应电流饱和值遏止电压瞬时性遏止电势差与入射光频率具有线性关系.当光照射到金属表面上时，几乎立即就有光电子逸出（光强）遏止电压与光强无关（3）经典理论遇到的困难红限问题按经典理论,无论何种频率的入射光,只要其强度足够

5、大，就能使电子具有足够的能量逸出金属.与实验结果不符.金属中电子吸收光能逸出,其初动能决定于光振动振幅,即由光强决定。而实验表明初动能与入射光频率相关，而与入射光强无关。按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止.与实验结果不符.瞬时性问题2光子爱因斯坦方程（1）“光量子”假设光子的能量为（2）解释实验几种金属的逸出功金属钠铝锌铜银铂2.284.084.314.704.736.35爱因斯坦方程逸出功与材料有关对同一种金属，一定，，与光强无关逸出功爱因斯坦方程产生光电效应条件条件（截止频率）光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子

6、数目越多，光电流越大.（时）光子射至金属表面，一个光子携带的能量将一次性被一个电子吸收，若，电子立即逸出，无需时间积累（瞬时性）.（3）的测定爱因斯坦方程遏止电势差和入射光频率的关系光电成像器件能将可见或不可见的辐射图像转换或增强成为可观察记录、传输、储存的图像。3光电效应在近代技术中的应用红外变像管红外辐射图像　→　可见光图像像增强器微弱光学图像→高亮度可见光学图像光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.光电倍增管放大器接控件机构光光控继电器示意图4光的波粒二象性描述光的粒子性描述光的波动性光子相对论能量和动量关系（2）粒子性：（光电效应等）（1）波动性：光的干涉和衍射1920年，

7、美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分.1实验装置21.3康普顿效应经典电磁理论预言，散射辐射具有和入射辐射一样的频率.经典理论无法解释波长变化.2实验结果（相对强度）（波长）在散射X射线中除有与入射波长相同的射线外，还有波长比入射波长更长的射线.3经典理论的困难光子电子电子反冲速度很大，需用相对论力学来处理.（1）物理模型入射光子（X射线或射线）能量大.固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电