黑体辐射、 普朗克能量子假设、光电效应、康普顿效应

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1、量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代，就建立了一套完整的量子力学理论.量子力学宏观领域经典力学现代物理的理论基础量子力学相对论量子力学微观世界的理论起源于对波粒二相性的认识实验规律旧理论解释的困难新理论基本流程（1）热辐射实验证明不同温度下物体能发出不同的电磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射.（2）单色辐射出射度单位时间内从物体单位表面积发出的频率在附近单位频率区间（或波长在附近单位波长区间）的电磁波的能量.单色辐

2、射出射度单位：单色辐射出射度单位：1、黑体、黑体辐射一、黑体辐射和普朗克能量子假设（3）辐射出射度（辐出度）物体表面单位时间、单位面积上所辐射出的各种波长的电磁波的能量总和.024681012钨丝和太阳的单色辐出度曲线21210468太阳可见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）钨丝单色辐射出射度实验表明辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强.（4）黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体.（黑体是理想模型）会聚透镜空腔小孔平行光管棱镜热电偶测量黑体辐射出射度实验装置0100020001.00.5◆黑体辐射规律可见光区3000K6000K（1）斯特藩

3、—玻尔兹曼定律斯特藩—玻尔兹曼常量曲线下的总面积就是辅出度斯特藩—玻尔兹曼定律维恩位移定律0100020001.00.53000K6000K（2）维恩位移定律常量峰值波长曲线的极大值对应于波长表示这种波长的电磁波能量比例最大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。例1（1）温度为室温的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一黑体单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内，其温度应为多少？（3）以上两辐出度之比为多少？解（2）取（1）由维恩位移定律（3）由斯特藩—玻尔兹曼定律例2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

4、由维恩位移定律对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这种方法进行推测0123612345瑞利-金斯公式实验曲线****************2、黑体辐射的瑞利—金斯公式经典物理的困难瑞利-金斯公式紫外灾难3、普朗克能量子假设（1900年）普朗克常量普朗克黑体辐射公式(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。经典能量量子01236瑞利-金斯公式12345普朗克公式的理论曲线实验值****************M.V.普朗克研究辐射的量子理

5、论,发现基本量子，提出能量量子化的假设1918诺贝尔物理学奖普朗克（1858-1947）普朗克量子假说（1900年12月14日，柏林，德意志科学院）1、光电效应实验的规律VA（1）实验装置二、光电效应、光的波粒二象性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。光电子逸出的电子。光电子由K飞向A，回路中形成光电流。光电效应伏安特性曲线饱和电流光强较强光强较弱截止电压1）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）存在截止电压，说明光电子具有初动能，且遏止电势差与入射光频率具有线性关系（2）实验规律.光电子初动能和入射光频率成正比，与入射光光强无关遏

6、止电势差与入射光频率具有线性关系4)光电效应瞬时响应性质实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光电子出现不超过的时间。光电效应的产生几乎无需时间的累积3）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。几种纯金属的截止频率金属截止频率4.5455.508.06511.53铯钠锌铱铂19.29截止频率与材料有关与光强无关按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止.与实验结果不符.2、经典理论遇到的困难红限问题瞬时性问题按经典理论，光电子的初动能应决定于入射光的光强，而不决定于光的

7、频率。无论何种频率的入射光,只要其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属.与实验结果不符.◆光子的能量因为：由于光子速度恒为c，所以光子的“静止质量”为零.光是以光速c运动的微粒流，称为光量子（光子）。3、爱因斯坦光子假说◆光子的质量◆光子的静质量◆光子的动量光的波粒二象性◆光子爱因斯坦方程（1）“光量子”假设光子的能量为（2）解释实验几种金属的逸出功金属钠铝锌铜银铂2.284.084.314.704.736.35爱因斯坦方程逸出功与材料有关对同一种金属，一定，，与光强无关逸出功爱因斯坦方程产生光电效应条件条件（截止频率）光强越大，