量子物理基础2

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1、第16章量子物理基础N.玻尔、M.玻恩、W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康普顿、M.居里、P.A.M狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森堡、郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔等第五次索尔维会议与会者合影(1927年)热辐射:由温度决定的物体的电磁辐射。一.热辐射§16.1热辐射普朗克能量子假设头部热辐射像头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这种差异可通过热象仪转换成可见光图象。单色辐出度01.01.75波长(m)辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。物体辐射电磁

2、波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。室温高温吸收辐射白底黑花瓷片单色辐射出射度（单色辐出度）：一定温度T下，物体单位面元在单位时间内发射的波长在~+d内的辐射能dM与波长间隔d的比值辐出度：物体(温度T)单位表面在单位时间内发射的辐射能，为温度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。说明二.黑体辐射绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。黑体辐射的特点：与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强煤烟约99%黑体模型物体热辐射温度材料性质黑体

3、热辐射温度材料性质1.斯特藩——玻耳兹曼定律式中辐出度与T4成正比.2.维恩位移定律峰值波长m与温度T成反比0.51.01.52.01050MB(10-7×W/m2·m)(m)可见光5000K6000K3000K4000K太阳表面温度Mλ辐出度测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，为m=0.47m.试估算太阳的表面温度和辐出度。例太阳不是黑体，所以按黑体计算出的Ts低于太阳的实际温度；MB(T)高于实际辐出度。说明解三.经典物理的解释及普朗克公式MB瑞利—金斯公式(1900年)维恩公式(1896年)

4、普朗克公式(1900年)为解释这一公式，普朗克提出了能量量子化假设。试验曲线电磁波四.普朗克能量子假设若谐振子频率为v，则其能量是hv,2hv,3hv,…,nhv,…首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了经典物理学中能量连续的观念。普朗克常数h=6.626×10-34J·s腔壁上的原子能量与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是hv的整数倍.说明伏安特性曲线一.光电效应的实验规律饱和电流iS遏止电压UaiS∝光电子数I∝（I,v)AKU§16.2光电效应爱因斯坦光子假说iS3iS1iS2I1I2I3UaUiI1

5、>I2>I3Ua0光电子最大初动能和成线性关系截止频率0即时发射迟滞时间不超过10-9秒遏止电压与频率关系曲线和v成线性关系i二.经典物理与实验规律的矛盾电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与光强I有关)逸出，不应存在红限0。当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。只有光的频率0时，电子才会逸出。逸出光电子的多少取决于光强I。光电子即时发射，滞后时间不超过10–9秒。总结光电子最大初动能和光频率成线性关系。光电子最大初动能取决于光强，和光的频率无关。三.爱因斯坦光子假说光

6、电效应方程光是光子流，每一光子能量为h，电子吸收一个光子A为逸出功单位时间到达单位垂直面积的光子数为N，则光强I=Nh.I越强,到阴极的光子越多,则逸出的光电子越多。电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累。光频率>A/h时，电子吸收一个光子即可克服逸出功A逸出。讨论光电子最大初动能和光频率成线性关系。光子动量四.光的波粒二象性光子能量光子质量粒子性波动性五.光电效应的应用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。红外变像管红外辐射图像→可见光图像像增强器微弱

7、光学图像→高亮度可见光学图像测量波长在200~1200nm极微弱光的功率光电倍增管θ0λ0散射线中有两种波长0、，θ的增大而增大。随散射角探测器0§16.3康普顿效应一.实验规律X光管光阑散射物体二.经典物理的解释经典理论只能说明波长不变的散射，而不能说明康普顿散射。电子受迫振动同频率散射线发射单色电磁波θ说明受迫振动v0照射散射物体三.光子理论解释能量、动量守恒1.入射光子与外层电子弹性碰撞外层电子受原子核束缚较弱动能＜＜光子能量近似自由近似静止静止自由电子θ2.X射线光子和原子内层电子相互作用光

8、子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。原子自由电子000内层电子被紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞。所以，波长改变量康普顿波长光子内层电子外层电子波长变大的散射线波长不变的散射线(1)说明(2)波长0轻物质（多数电子处于弱束缚状态）弱强重物质（多数电子处于强束缚状态）强弱吴有训实验结果例λ0=0.02nm的X射线与静止的自由电子碰