大学物理 第16章 量子力学基础

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1、§16.1热辐射和普朗克量子假设§16.2光电效应爱因斯坦光子假设§16.3康普顿效应§16.4玻尔的氢原子理论§16.5物质波波粒二象性不确定关系§16.6波函数及其统计意义薛定谔方程§16.7一维无限深势阱　一维谐振子一维势垒　隧道效应§16.8氢原子的量子理论§16.9电子自旋原子的壳层结构第16章　量子力学基础1早期量子论普朗克能量量子化假说爱因斯坦光子假说康普顿效应玻尔的氢原子理论量子力学德布罗意波薛定谔方程波恩的物质波统计解释海森伯的测不准关系相对论量子力学狄拉克把量子力学与狭义相对论

2、相结合2一、热辐射基本概念1.热辐射物体在不同温度下发出的各种电磁波的能量按波长的分布随温度而不同的电磁辐射单色辐射本领（单色辐出度）波长为的单色辐射本领是指单位时间内从物体的单位面积上发出的波长在附近单位波长间隔所辐射的能量。§16.1热辐射和普朗克量子假设dM表示单位时间内，表面单位面积上所发射的波长在到+d范围内的辐射能.3SI制中单位为瓦特·米－3(W·m－3).单位时间内从物体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射能称为物体的辐射出射度(简称辐出度).M(T)只是温度T的函数单位是W·m-22

3、.黑体辐射能完全吸收照射到它上面的各种波长的光的物体绝对黑体单色辐射本领按波长分布曲线41100K1300K1500K1700K(Å)MB(T)20003000斯特藩—玻耳兹曼定律曲线与横轴围的面积=5.67×10-8W·m-2·K-4斯特藩常量5维恩位移定律峰值波长b＝2.897×10-3m·K，维恩常量当绝对黑体的温度升高时，单色辐射出射度最大值向短波方向移动。6二、普朗克量子假设和普朗克公式如何从理论上找到符合实验的函数式?1896年，维恩从谐振子能量按频率分布类似于麦克斯韦速率分布，及从实验数据的分析

4、得出维恩公式1900年,瑞利－金斯从经典电动力学和统计物理学理论(能量均分)推导而得出瑞利－金斯公式123456(m)MB(T)瑞利--金斯实验数据“紫外灾难”维恩7普朗克量子假设1900年,普朗克为了找到这样的函数,他提出:(1)黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子辐射电磁波，并和周围的电磁场交换能量。(2)这些谐振子能量不能连续变化，只能取一些分立值，是最小能量的整数倍,这个最小能量称为能量子。,2，3，…，n，…=hv称为能量子h=6.6260755×10-34J·s普朗克常数普朗克得到了黑体

5、辐射公式：c—光速,k—玻尔兹曼恒量8普朗克公式的得出，是理论和实验结合的典范。打破“一切自然过程能量都是连续的”经典看法敲开量子力学的大门普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖9§16.2光电效应爱因斯坦光子假设一.光电效应光照射到金属表面时，有电子从金属表面逸出的现象。GVGDKA光光电效应中产生的电子称为“光电子”。光电子由K飞向A，回路中形成光电流。10实验规律光电效应伏安特性曲线Is2Is1-UaU光强I较强光强I较弱(1)存在饱和光电流Is单位时间内从阴极逸出的光电子数与入射光的强度成正比.(2)存在遏

6、止电势差(3)存在红限频率遏止电势差与入射光的频率成线性关系。0UaCsNak:普适常数,与金属材料无关U0:同一金属材料是一个常量，不同金属不同110称为这种金属的红限频率(截止频率)。对于给定的金属，当照射光频率小于金属的红限频率，则无论光的强度如何，都不会产生光电效应。(4)光电效应的瞬时性实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光电子出现延迟时间不超过10－9s。12二.爱因斯坦光子假设1.爱因斯坦光子理论光在空间传播时，也具有粒子性.一束光是一束以光速c运动的粒子流，这些粒子称为光量子，简称为光子.每一个

7、光子的能量就是=hv，不同频率的光子具有不同的能量.根据能量守恒与转换律:A为逸出功或爱因斯坦光电效应方程132.对光电效应的解释(1)光电流随光强增加而增加因为光强光子数N电子数Ne光电流(2)存在遏止电势差(红限频率)(3)足够大光子的能量hv，能被电子立刻吸收143.光电效应的应用测量普朗克常数h1916年,密立根（R.A.Milikan）做了精确的光电效应实验，利用Ua—的直线斜率K，定出h=6.5610-34J.s。有声电影、电视、闪光计数器、自动控制中都有着重要作用爱因斯坦(1879—19

8、55)由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献，获得1921年诺贝尔物理学奖15三.光的波粒二象性描述光的波动性：波长，频率描述光的粒子性：能量，动量P光子的能量光子无静质量m0=0光子的动量光具有波粒二象性16例:根据图示确定以下各量(1)钠的红限频率v0(2)普朗克常数h(3)钠的逸出功A钠的截止电压与入射光频关系4.396.01000.652