大学普通物理课件第26章-波粒二象性

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1、第二十六章波粒二象性Wave-particleDuality本章主要内容§26-1黑体辐射§26-2光电效应§26-3光的二象性光子§26-4Compton散射§26-5粒子的波动性§26-6概率波与概率幅§26-7不确定关系第二十六章波粒二象性量子物理的理论起源于波粒二象性。在量子物理建立以前：光—电磁波波动性实物—粒子粒子性20世纪初期：光束—光子流粒子性粒子流—物质波波动性波粒二象性——既有波动性，又有粒子性。对物质存在形式的认识的突破第一章波粒二象性§26-1黑体辐射RadiationofaBlackbody1.热辐射的基本规

2、律热辐射的基本概念热辐射光谱辐射出射度单色辐出度在任何温度下，物体都向外辐射各种频率的电磁波，电磁波的能量按频率分布，且分布规律随温度变化而变化，这种形式的电磁辐射称为热辐射。加热铁：红－橙－黄白在一定的温度下，单位时间从物体单位表面发出的频率在附近单位频率区间的电磁辐射能量，称为频率为的光谱辐射出射度。记为M。辐射出射度辐出度在一定的温度下，单位时间从物体单位表面发出的所有频率电磁辐射的总能量，称为辐射出射度。记为M。§1-1黑体辐射光谱吸收比单色吸收比黑体O高温低温光谱辐出度分布与温度有关在一定的温度下，物体表面吸收的、频率在附

3、近单位频率区间的电磁辐射能量占全部入射的该单位区间的辐射能量的比例，称为频率为的光谱吸收比。记为a。能吸收入射的全部频率电磁波的物体称为黑体。对于黑体，有a=1。（不再是频率的函数）M是温度的函数总辐出度与光谱辐出度的关系：曲线下面积§1-1黑体辐射热平衡辐射与黑体辐射——为什么要研究黑体辐射热平衡辐射定律：对于热平衡状态下的任何材料，在相同的温度下光谱辐出度与光谱吸收比的比值为一普适函数，即普适函数就是黑体的光谱辐出度。因此，研究黑体辐射的规律具有更基本的意义。如果在同一时间内从物体表面辐射的电磁波的能量和它吸收的电磁波的能量相等，物体和辐

4、射就处于一定温度下的热平衡状态。Kirchhoff定律与黑体辐射§1-1黑体辐射2.黑体辐射绝对的黑体是不存在的，一种较为理想的黑体模型是开有小洞的空腔。黑体模型：空腔内壁反射率为0.01，经10次反射后的能量仅剩下0.0110。加热空腔到不同温度，小洞就成了不同温度下的黑体。通过光谱仪可测出由小洞发出的电磁波的能量按频率的分布，即光谱辐射出射度。光谱仪实验过程：§1-1黑体辐射实验定律2.Stefan-Boltzmann定律O实验结果：曲线下面积表示M峰值对应的频率m1.Wien位移定律§1-1黑体辐射O3.Planck公式和能量量子化假

5、设经典理论的困难Wien公式1896年Rayleigh-Jeans公式1900年“紫外灾难”Planck公式Planck公式与实验曲线惊人地符合根据经典电磁学和能量均分定理根据经典热力学和麦克斯韦分布律§1-1黑体辐射Planck能量量子化假设Planck引入了能量量子化，从理论上导出Planck公式：其中，称为Planck常量。Planck认为：空腔由带电谐振子组成，它们会与周围的电磁场交换能量，即吸收或发射电磁波。这些带电谐振子的能量只能取离散值，即对于频率为的谐振子，能量E的可能取值为“能量子”的整数倍：§1-1黑体辐射由Planc

6、k公式可以导出Wien位移定律和Stefan-Boltzmann定律说明：Planck能量量子化的意义。由Planck公式可以导出Wien公式（高频）和Rayleigh-Jeans公式（低频）。推导推导尽管如此，当时包括Planck本人在内的许多人不愿意接受量子化的假设，因为量子化的引入无法用经典理论解释。Planck提出了电磁辐射的能量量子化，不仅成功地解释了黑体辐射，更重要的是：人类第一次找到了“量子”的概念并为实验所证实。§1-1黑体辐射（1）由Planck公式可以导出Wien公式：高频，（2）由Planck公式可以导出Rayleigh-Je

7、ans公式：高频，返回§1-1黑体辐射返回（1）由Planck公式导出Wien位移定律：（2）由Planck公式导出Stefan-Boltzmann公式定律：§1-1黑体辐射§26-2光电效应PhotoelectricEffect–+光电效应及其实验装置光电子光电流i光电效应返回光照射到金属表面时，金属表面会有电子逸出的现象称为光电效应。光电效应中从金属表面逸出的电子称为光电子。光电子在电场的加速作用下形成的电流称为光电流。§1-2光电效应光电效应实验结果：光电流与电压的关系（1）饱和光电流im光强I2>I1光强I1单位时间里逸出的电子数（2

8、）无电压，仍有弱的光电流；加反向电压才能遏止电子向阳极运动，直到Uc时使光电流为零（说明光电子