.1量子物理学基础01.ppt

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1、第11章量子物理学基础物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学经典物理现代物理力学热学电磁学光学相对论量子论非线性时间t关键概念的发展力学电磁学热学相对论量子论1600170018001900近年来的发展粒子物理：高能加速器产生新粒子，已发现300种。麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法。天体物理：运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球进行观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科。应用经典、量子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理。太阳中微子短缺问题引力波存在的问题物体的速度能否超过光速的问题非平衡热力学及统计物理物理学发展的总趋向：学科之间的大综合

2、。相互渗透结合成边缘学科。20世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性。从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出光电效应康普顿效应。黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”。原子的线光谱和原子结构。11.1热辐射普朗克量子化假说（略）11.1热辐射普朗克量子化假说（略）11.2光电效应爱因斯坦光量子假说11.2.1光电效应UGmSAK如图所示，为光电效应的基本装置。S：真空的玻璃容器m：石英玻璃窗A：阳极K：阴极（金属板）当紫外线或波长很短的可见光照在阴极时，金属板将释放电子，即光电子。（1）饱和光电流强度与入射光强度成正比。或者说：单位时间内

3、从金属表面逸出的光电子数目与入射光强成正比。U0312UIIS0如图即为相同频率，不同入射光强度。1.光电效应的实验规律（实验结果）Is称为饱和光电流U0称为遏止电压（I=0的电压）（2）光电子的初动能与入射光强度无关，而与入射光的频率成正比。U03U02U01312UIIS0红限频率截止电压的大小反映光电子初动能的大小由上图可知：I=0时有截止电压与入射光频率有线性关系实验证明：Ua对不同金属有不同值,eUa称逸出功（3）产生光电效应的金属具有一定的截止频率。由可知，只有当，从金属表面逸出的电子才具有初动能，即产生光电效应。（4）光电效应具有瞬时性，或说

4、响应速度很快，10-9s。几种纯金属的截止频率金属截止频率4.5455.508.06511.53铯钠锌铱铂19.29只要，则在光照射金属表面后，几乎立即就有光电子逸出，与光的强度无关。经典认为，光强越大，饱和电流应该大，光电子的初动能也该大，即初动能正比于光强。但实验上光电子初动能只与频率有关，而与光强无关。只要频率高于红限，即使光强很弱也有光电流；频率低于红限时，光强再大也没有光电流。而经典认为，有无光电效应不应与频率有关。瞬时性。经典认为，光能量分布在波面上，吸收能量要一定的时间，即需能量的积累过程。11.2.2经典理论的困难例如：强度为1W/m2的光

5、照在金属Na上需107s，即115天电子才能逸出。（经典）11.2.3光量子假说1.爱因斯坦光量子假说：光子论假设：一束光是一粒一粒以速度c运动的粒子流，这些粒子称光子，但它们仍保留频率、波长的概念。认为光不仅在与物质相互作用（发射和吸收）时具有粒子性，而且在传播过程中也有粒子性。一个频率为的光子具有能量，其中h为普朗克常数，值为：由相对论知识可知：可见：光子既具有粒子特性m，P，又具有波动性，。我们将这种波动性和粒子性并存的性质称为光的波粒二象性。光的波动性（p）和粒子性（）是通过普朗克常数联系在一起的。2.用光量子假说解释光电效应（1）由可看出

6、，光子的初动能与光的频率成正比，而与光强无关。该式称为爱因斯坦光电效应方程。由能量守恒得：，A为逸出功。（2）当入射光子的能量小于逸出功时，光电子的初动能为零，不能逸出；只有当hA时，才能产生光电效应。截止频率=A/h。（3）光的强弱只表明光子数的多少，而光子的能量恒定。一个光子的能量是一次地被电子吸收的，所以，只要hA，电子吸收光子即逸出，具有瞬时性。3.光电效应在近代技术中的应用光控继电器、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解：例1设有一半径为1.0×10-3m的薄圆片，它距光源1.0m。此光源的功率

7、为1W，发射波长为589nm的单色光。假定光源向各个方向发射的能量是相同的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数。1920年，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。11.3康普顿效应实验装置实验结果（相对强度）（波长）（1）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。（2）波长的增加量与散射角有关。（3）当散射角确定时，波长的增加量与散射物质的性质无关。（4）散射的强度与散射物质有关。原子量小的散射较强，即正常峰较低；反之相反。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

8、理论无法解释波长变化。经典理论的困难光子电子电子反冲速度很大，需用