量子物理的基本概念

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1、第五篇量子物理基础§22.1量子概念的诞生热辐射：能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射现象。固体在温度升高时颜色的变化1400K物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度800K1000K1200K实验上定量研究了黑体在不同温度下辐射能按波长分布的情况。黑体：能完全吸收照射到表面的各种频率的光的物体1700K1500K1300K1100K012345绝对黑体的辐出度按波长分布曲线实验曲线:绝对黑体模型：热辐射公式:普朗克量子假设能量子假说:辐射黑体中的分子、原子振动可看作线性谐振子，它和周围电

2、磁场交换能量。这些谐振子只能处于某种特殊的状（称为能量子）的整数倍，即：态，它的能量取值只能为某一最小能量普朗克常数普郎克假设与经典理论有根本性矛盾，经典谐振子能量取值及被吸收和发射都是连续进行、不受任何限制。因此对此假设连其本人也感到难以相信。“我当时打算将基本作用量子h归并到经典理论范畴中去，但这个常数对所有这种企图的回答都是无情的”他曾宣称只假设谐振子的能量有不连续的量子性，不承认辐射场（电磁场）也具量子性.而爱因斯坦光量子假设，量子性普遍存在。普郎克假设是现代量子理论的开端，1900年就

3、作为近代物理开始的第一年。光电效应当波长较短的可见光或紫外光照射到某些金属表面上时,金属中的电子就会从光中吸取能量而从金属表面逸出的现象。一.光电效应的实验规律金属板释放的电子称为光电子,光电子在电场作用下在回路中形成光电流。§22.2光的粒子性的提出入射光线OOOOOOVGAKBOO光电效应实验装置光电效应伏安特性曲线1)饱和电流Is当加速电势差增加到一定值时，电流达到饱和，说明所有电子都到达阳极。在同样加速电压下，光强越强，光电流越大。结论1：单位时间内，光电子数和入射光的光强有关.IOU光

4、强较强光强较弱Is饱和电流Ua遏止电势差2)遏止电势差Ua当反向电势差达到Ua时，光电流为零称Ua的绝对值为遏止电势差。12mUa=ev2m结论2：光电子从金属表面逸出时具有一定的动能，最大初动能与入射光的强度无关。（3）遏止频率（又称红限）实验表明：遏止电势差和入射光的频率之间具有线性关系。K为不随金属性质不同而改变的普适恒量即最大初动能随入射光的频率线性地增加，要使光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须满足：称为光电效应的红限（遏止频率）（4）弛豫时间实验表明，从入射光开始照射直到金属释放

5、出电子，无论光的强度如何，这段时间很短，不超过。结论3：光电子从金属表面逸出时的最大初动能与入射光的频率成线性关系。当入射光的频率小于时，不管照射光的强度多大，不会产生光电效应。结论4：光电效应的产生几乎无需时间的累积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。光电子即时发射，滞后时间不超过10–9秒。经典物理无法解释的实验规律光电子最大初动

6、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。二.爱因斯坦光子假说和光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。电子吸收光子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(o=A/h)。结论光电子最大初动能和光频率成线性关系。三.光的波-粒二象性光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重性称为波-粒二象性。

7、波动性和粒子性之间的联系如下：光子动量光子能量光子质量粒子性：光的性质不同侧面波动性：突出表现在传播过程中（干涉、衍射）突出表现在与物质相互作用中（光电效应、康普顿效应等）例1：有一金属钾薄片，距弱光源3米。此光源的功率为1W，计算在单位时间内打在金属单位面积上的光子数。设=5890A。解：例2：钾的光电效应红限为o=6.210-7m，求（1）电子的脱出功；（2）在=3000A的紫外线照射下，截止电压为多少？（3）电子的初速度为多少？解：§22.3康普顿散射康普顿效应：在散射的x射线中，

8、不但存在与入射线波长相同的反射线，同时还存在波长大于入射线波长的反射线现象。石墨体X光谱仪X光管光拦(测波长、强度)2、康普顿散射强度随散射角的增加而增加。随物质原子量的减小而增加。1、波长的改变量-o随散射角的增加而增加，与散射物质无关。康普顿波长：遇到的困难经典电磁理论在解释康普顿效应时2.无法解释波长改变和散射角的关系。射光频率应等于入射光频率。其频率等于入射光频率，所以它所发射的散过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，1.根据经典电磁波理论，当电磁波通子能量几乎不变，波长不变。小