[所有分类]五-17量子化-方允

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1、第17章量子化第五篇量子物理基础17.1黑体辐射17.2光子17.3玻尔的氢原子模型普朗克(Plank)爱因斯坦(Einstein)玻尔(Bohr)牛顿力学麦克斯韦电磁场理论热力学与经典统计理论19世纪末，三大理论体系使经典物理学趋于成熟。历史上：两朵乌云迈克耳逊-莫雷寻找“以太”实验的零结果黑体辐射规律的紫外灾难20世纪物理学的两大理论支柱狭义相对论量子力学20世纪初量子化：指物理量取值不连续变化物体带电，以电子电荷e为基本单位，e为最小单元。结论需要实验验证。量子力学用于微观领域，理论推理严谨，高

2、度抽象。第五次索尔维会议与会者合影(1927，布鲁塞尔)普朗克M.居里A.爱因斯坦N.玻尔17.1黑体辐射1、黑体辐射及瑞利-金斯公式黑体：全部吸收任何频率的电磁波而毫无反射的物体碳黑的吸收率达99.99﹪，可近似看作黑体；一个开小孔的不透光空腔也可看成黑体会聚透镜空腔小孔平行光管棱镜热电偶测量黑体辐射的实验装置测腔内电磁场能量分布紫外灾难实验测量的黑体辐射谱理论与实验的偏离黑体，单位表面积，单位时间，总辐射能黑体辐射能按波长分布，最大值对应的波长黑体腔内，单位体积，单位波长间隔，辐射能瑞利-金斯公式

3、能量量子化，这是第一个与经典物理全然不同的概念！是人类的科学研究领域进入微观世界的标志。普朗克获得1918年的诺贝尔物理学奖。普朗克得到公式n可取0，1，2，3，4，…与不同温度下的实验数据都精确地符合空腔内电磁场，视为谐振子，吸收或发射的能量是h的整数倍2、普朗克能量量子化假设称为普朗克常数普朗克常数h很小。当n很大，能量的取值可以看作是连续的。【问题】如何通过对太阳光的观察，估算太阳的表面温度？例太阳的单色辐出度的峰值波长,试由此估算太阳表面的温度.解由维恩位移定律对宇宙中其他发光星体的表面温度

4、也可用这种方法进行推测。17.2光子因光的照射而使金属体内的电子从表面逸出的物理现象。1、光电效应P165A)当入射光频率>0时，电子才能逸出金属表面；截止频率与材料有关，与光强无关。1.1光电效应的实验规律B)当>0时，光照射到金属表面上时，立即就有光电子逸出。C)加反向电压，遏止电子的运动，光电流减小。遏止电压与入射光频率具有线性关系。如图1.2光子的概念和爱因斯坦关系1905年，爱因斯坦，为了解释光电效应，类似于普朗克能量子假说，提出了光量子假说：频率为的光是由大量能量=h的光子组

5、成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速c运动。则：越高，光子能量越大，光子能量与光强无关；一定时，光强越大，光子数越多。波动性和粒子性的结合爱因斯坦关系：光子具有能量和动量金属中的束缚电子吸收了入射光子，一部分能量用于挣脱束缚，即电子的逸出功A，另一部分能量变为光电子的动能。爱因斯坦方程逸出功与材料有关几种金属的逸出功金属钠铝锌铜银铂2.284.084.314.704.736.35对同一种金属，一定，，与光强无关1.3光电效应的解释可见光光子的能量约1.6～3.3eV注意其数量级可以看作，入射光

6、子与原子发生相互作用，打出其中一个电子。A）截止频率0（红限）的解释当最大初动能等于零时，入射光的频率就是红限频率。B）光电流正比于光强的解释光强越大，光子数越多。打出光电子越多。因此：一定时，光强越大，光电流越大。1.4的测定爱因斯坦方程遏止电势差和入射光频率的关系由实验曲线中的斜率可以得到C）光电效应瞬时性的解释光子射至金属表面，一个光子携带的能量将一次性被一个电子吸收，若，电子立即逸出，无需时间积累.例：铂的逸出功为6.3eV，求铂的光电效应截止频率0。解：1.5光子的能量和动量由相对论质

7、能关系光子的质量由相对论质速关系有否则光子应该是一种静止质量为零的粒子。目前，m0﹤10-48g～312nm在紫外根据相对论的能量动量关系及美国物理学家密立根，做了10年光电效应实验，精密测定普朗克常数，证实了爱因斯坦方程。因此贡献，爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖。光具有波粒二象性。光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。应该说，人类对光的本质还没有完全认识清楚。现在的认识：例：求波长为20nm紫外线光子的能量、动量及质量。解

8、：能量动量质量都很小！X射线被物质散射，散射光中部分波长变长的物理现象。2、康普顿效应P1662.1实验装置2.2实验结果在散射的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.这种现象叫康普顿散射或康普顿效应。X射线波长在0.1nm量级X光子能量约104eV量级同一X射线被原子量大的物质散射，康普顿效应较强。=h的X光子，与自由电子发生完全弹性碰撞的结果。2.3量子解释光子电子电子光子X射线能量大.固体表面电子束缚较弱，可近似为自