微观离子的运动特征

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1、第1章量子力学基础知识微观粒子(光子，实物粒子)的运动特征量子力学基本假设量子力学处理微观体系实例1.1.1黑体辐射与普朗克（Planck）量子假设黑体是指几乎能全部吸收各种波长入射光线辐射的物体。类黑体物质：单微孔空心金属球。进入金属球小孔的辐射全部被吸收；当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部分通过小孔逸出，发射电磁辐射的能力比同温度下的任何其它物体强；理想的吸收体与发射体。1.1微观粒子的运动特征E：黑体在单位时间、单位表面积上辐射的能量E实验结论:辐射能量密度按波长分布的曲线，其形状和位置只与黑体的绝对温度有关，与

2、空腔的形状及组成的物质无关；随着温度的升高，同一频率辐射的能量增大，辐射能量最大值向高频移动。Rayleigh-Jeans（瑞利-金斯）公式Wien（维恩）公式只适用于短波部分只适用于长波部分，引出了“紫外灾难”的争论经典物理学方法解释经典物理学无法解释假设：黑体中的原子、分子看作带电线性谐振子，作简谐振动，线性谐振子吸收或发射辐射的能量是不连续的，辐射能量的最小单位为0=hν，0被称为能量子。E=n0=nhvn=0,1,2…称为量子数。谐振子的辐射能量E只能是0的整倍，即v是谐振子的频率，h=6.626×10-34J.s

3、,称为普朗克常数Planck解释Planck能量量子化Planck公式Planck解释1-1单位时间，单位表面积上辐射的能量k：Boltzmann常数Planck在定温条件下，黑体辐射能量只与辐射频率有关。假设：各能量状态的线性谐振子遵从麦克斯韦-玻尔兹曼分布规律，即能量为nhv的振子出现的概率为。PlanckPlanck能量量子化假设的提出，标志着量子理论的诞生Planck获得1918年的诺贝尔物理学奖能量量子化黑体辐射1.1.2光电效应与爱因斯坦(Einstein)光子学说阴极K是镀有金属或金属氧化物的玻璃泡内壁，玻璃泡内抽成

4、真空阳极A是金属丝网。GVAK当光照射到阴极K上时，使阴极上金属中的一些自由电子的能量增加，逸出金属表面，产生光电子。实验事实是：只有当照射光的频率超过某个最小频率ν0(临阈频率)时，金属才能发射光电子；不同金属的ν0不同。随着光强的增加，发射的电子数目增加，但不影响光电子的动能。增加光的频率，光电子的动能也增加。光电效应光强度足够，任何频率的光都能产生光电子电子的动能将随光强度的增强而增大电子的动能与频率无关经典物理学只有当照射光的频率超过某个最小频率时，金属才能发射光电子，随着光强的增加，发射的电子数目增加，但不影响光电子的动

5、能。增加光的频率，光电子的动能也随之增加。光电效应光波能量与强度成正比，与频率无关光是一束光子流，每一种频率的光的能量都有一个最小单位，称为光的量子或光子，光子的能量与光子的频率成正比，即ε=hv光子不但有能量(ε)，还有质量(m)，但光子的静止质量为零。按相对论的质能联系定理ε=mc2,光子的质量m=εc-2=hvc-2,所以不同频率的光子有不同的质量光子具有一定的动量，p=mc=hv/c=h/λ光的强度取决于单位体积内光子的数目，即光子的密度1234Einstein光子学说Einstein将频率为v的光照射到金属上，当金属中的

6、一个电子受到一个光子的作用时，产生光电效应，光子消失，并把它的能量传给电子。电子吸收的能量，一部分用于克服金属对它的束缚力，其余部分则变为电子的动能W是电子逸出金属所需要的最低能量，称为脱出功或功函数，它等于hv0；EK是电子的动能。光电效应的解释1-2上式解释了光电效应实验的全部结果：当hv＜W时，光子没有足够的能量使电子逸出金属，不发生光电效应；当hv=W时，这时的频率为产生光电效应的临阈频率(v0)；当hv＞W时，从金属中发射的电子具有一定的动能，它随v的增加而增加，与光强无关。但增加光的强度可增加光束中单位体积内的光子数，

7、因此增加发射电子的数目。1-2与光的传播有关的现象，如干涉，衍射和偏振，光的波动性表现的突出一些；光与实物相互作用的有关现象，如光的反射（原子光谱），吸收（光电效应，吸收光谱）和散射等现象，光的粒子性表现的突出一些。光具有波粒二象性，即在一些场合光的行为像粒子，在另一些场合光的行为像波。光的波粒二象性光电效应：光子干涉、衍射：光波以Huygens为代表的波动说（1690年）光的本质认识历史:以Newton为代表的微粒说（1680年）Maxwell在十九世纪证明光是一种电磁波Einstein在二十世纪初提出光具有波粒二象性光的波粒二

8、象性在承认光的波动的同时又承认光是由具有一定能量的粒子（光子）所组成。这样光具有波动和微粒的双重性质，就称为光的波粒二象性。标志光的粒子性的能量和动量，和标志波动性的光的频率和波长之间，遵循爱因斯坦关系式粒子波相互作用传播过程1-31-41.1.3