《早期量子论》PPT课件

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1、安徽理工大学2005级《大学物理》物理教研室量子物理基础第一讲早期的量子理论第二讲定态的薛定谔方程第三讲量子力学应用初步《量子物理基础》主要内容第一讲早期的量子理论11月16日本次课内容§19-1黑体辐射普朗克的能量子假说§19-2光的波粒二象性§19-3康普顿效应§19-5氢原子的波尔理论课本pp217—250；练习册第十八单元十九世纪末，经典物理已相当成熟，对物理现象本质的认识似乎已经完成。“但是，在晴朗的天空中，还有两朵小小的令人不安的乌云”。？寻找以太的零结果？热辐射的紫外灾难相对论量子论“两朵乌云”热辐射物体在任何温度下

2、都向外辐射电磁波一黑体辐射的实验规律平衡热辐射物体具有稳定温度时发射电磁辐射能量吸收电磁辐射能量相等§19-1黑体辐射普朗克的能量子假说绝对黑体如果一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射，这种物体称为绝对黑体，简称黑体。1．维恩位移定律(黑体辐射的实验规律)辐射最强的频率m与黑体温度T之间b=2.898×10-3m·K例：(光测高温法)视太阳为黑体，测得辐射本领的峰值在计算太阳表面的温度。解：根据维恩位移定律可得太阳表面温度维恩位移定律和斯特藩-玻耳兹曼定律是测量高温、遥感和红外追踪等技术的物理基础。Ahand-heldn

3、ightvision,aviewatnightusingthisdeviceInathermogram,filmsensitivetoinfraredRadiationreveralsthelocationofregisionsofsigficentthermalenergytransport.Thewhiteareasaretheregisionsofgreatestheatlosstocoldambientair.oλ(μm)123568947Mλ维恩瑞利--金斯实验值紫外灾难关于黑体辐射的实验曲线和理论曲线二.普朗克的能量子

4、假说1.普朗克假设（1900年）能量子假说：黑体在辐射频率为的电磁波的能量只能为最小能量h的整数倍,最小能量称为能量子,即，h称为普朗克常数。2.普朗克公式（1900-12-14）普朗克在德国物理学会上报告了与全波段实验结果极为符合的普朗克公式：由普朗克公式，可以导出维恩公式和瑞利-金斯公式（参阅其他同类课本）。能量不连续的概念与经典物理学是完全不相容的！普朗克本人也有很多的困惑和彷徨····普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。§19-2光的波粒二象性一光电效应爱因斯坦方程实验规律:（1）用光强I一定的某种频率的光照射，得到的饱

5、和光电流强度Im是一定的，光强越大，饱和光电流强度也越大。（2）存在遏止电势差Uc截止电压Uc与频率的实验规律（右图）：其中K为斜率，普适常数U0为截距,与材料有关直线与横坐标的交点就是红限频率0Uc=K-U0（3）存在红限频率0。只要入射光频率>0，无论光多微弱，从光照射阴极到光电子逸出，驰豫时间不超过10-9s（4）光电效应是瞬时发生的以上这些实验规律与经典电磁波的概念完全不同，经典波的能量是连续地分布在空间的。爱因斯坦方程（1）电磁辐射由以光速c运动的局限于空间某一小范围的光量子（光子)组成，每一个光量子的能量与

6、辐射频率的关系为=h其中h是普朗克常数。（2）光量子具有“整体性”。一个光子只能整个地被电子吸收或放出。光量子假设（1905）爱因斯坦对光电效应的解释：★光照射到金属表面时，一个光子的能量可以立即被金属中的一个自由电子吸收。但只有当入射光的频率足够高(每个光量子的能量h足够大时)，电子才有可能克服逸出功逸出金属表面。★光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与光的强度无关。电子的能量不足以克服逸出功而发生光电效应，所以存在红限频率.★红限频率:当时，光量子假设解释了光电效应的全部实验规律。但是，1910年以前，并未被物理学

7、界接受。光电效应对于光的本质的认识和量子论的发展曾起过重要的作用。爱因斯坦为此获1921诺贝尔物理学奖。光子的能量、质量和动量光子质量：因为：由于光子速度恒为C，所以光子的“静止质量”为零.光子有动量？光子能量：康普顿散射是说明光的粒子性的另一个重要的实验。康普顿观察X射线通过物质散射时，发现散射的波长发生变化的现象。§19-3康普顿效应1927诺贝尔物理学奖光子和自由电子作弹性碰撞：能量守恒、动量守恒。“光子有动量！”康普顿实验装置示意图X射线管X射线谱仪光阑石墨体φ晶体散射光中除了和入射光波长λ相同的射线之外，还出现一种波长λ

8、’大于λ的新的射线，这种现象叫做康普顿效应。石墨的康普顿效应........................................................................................φ=0φ=4