光的量子理论和玻尔理论2010-1.ppt

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1、2021/9/21大学物理光的量子理论和玻尔理论2021/9/22第21章光的量子理论和玻尔理论21.1Planck量子理论与爱因斯坦光电方程21.2康普顿效应与光的波粒二象性21.3氢原子光谱Balmer公式21.4玻尔的原子量子论氢原子2021/9/2321.1Planck量子理论与光电效应自然世界是矛盾的世界，矛盾的双方决定事物本质。当人们对光的本质的探索取得重大进展时，意外的实验事实出现，使人们产生困惑。黑体辐射实验、光电效应实验….2021/9/24Planck常数：2021/9/25一、光电效

2、应实验：光照KAE＋RGIK阴极，A阳极，G检流计2021/9/261实验的基本现象：光电流随增大而增大。饱和光电流存在。饱和光电流与光强有关。2021/9/272实验的基本规律：饱和电流Im：n是单位时间内从K极释放的电子数，光强大，饱和电流大。截止电压Uc：阻止光电子到达A极，有：Im1Im2光强大光强小IUc反映光电子的产量反映光电子的初动能2021/9/28其中：是光波的频率；k是与光电材料无关的常数。U0是与光电材料有关的常数。UcNaCaU0表明光电子初动能值与入射光频率有关截止电压直接反映光

3、电子初动能值。实验中：2021/9/29是光电效应发生的最小频率频率小，光波的波长长，靠近红光，称为“红限”。2021/9/210光电效应的瞬时性：光波照射K极时，只要频率超过红限，光电效应立即发生；频率不超过红限，光电效应永远不会发生，而不论光强有多大。二、光的波动理论的困难：光电子的动能不应该与入射光波的频率有关，而应与入射光的强度有关。不应该有红限。光电效应的发生应该与光照时间有关。弱的入射光，发生光电效应的时间要慢。2021/9/21124.2光子爱因斯坦光电方程一、爱因斯坦的光子理论：爱因斯坦利

4、用和发展了牛顿的光粒子思想，提出光子的模型。光是以光速运动的微粒子流，这样的粒子就是光子。光子有能量：光子有动量：2021/9/212二、爱因斯坦光子理论对光电效应的解释：光子：金属材料吸收光子不需要时间，且一次将光子能量全部吸收。这个方程称为爱因斯坦方程，A是金属中电子的脱出功。光的波动性产生的困难，用光子模型可以解释，光电效应是光为粒子的实验验证。2021/9/213光电子的动能不应该与入射光波的频率有关，而应与入射光的强度有关。不应该有红限。光电效应的发生应该与光照时间有关。弱的入射光，发生光电效应

5、的时间要慢。存在红限按光子理论，光强度大是表明光子的数量多，不表示其能量的大小,能量由光子频率决定。解释：2021/9/21421.3康普顿(Compton)散射效应入射光波散射光波用光的波动理论无法解释，而以光子与散射物质中的电子碰撞图象可以解释康普顿散射。2021/9/215光子与散射物质中的电子碰撞入射光波散射光波碰撞前:碰撞后:2021/9/216电子光子碰撞前:碰撞后:2021/9/217动量守恒:能量守恒:碰撞前:碰撞后:2021/9/218Å康普顿效应表明光的粒子性，在光波波长较短时,康普顿

6、效应明显。光有波动和粒子的二重性！2021/9/219光子散射后，波长加大，频率减低，能量减少。光子散射后，能量减少，使电子获得能量，形成反冲。如果已知电子反冲能量，可以反求Compton散射角和散射光波长。波长变化。2021/9/220又由于：入射光子能量的变化相同的散射角观察，入射光子能量越大（波长越短），康普顿散射效应越明显。电子的康普顿波长2021/9/22121.4光的波粒二像性：波动性：粒子性：光子的静止质量为零。光有波动和粒子的二重性！2021/9/222例.波长λ=1.00A的x射线在碳靶

7、上散射。从与入射方向成60°角的方向观察（1）散射线波长（2）如果光子与整个碳原子交换能量，动量，则在这一方向上看散射线波长多少？A°碳原子的康普顿波长:A°A°康普顿效应不明显2021/9/223例.用能量守恒和动量守恒的方法证明一个自由电子不能完全吸收一个光子能量守恒：动量守恒：一个自由电子不能完全吸收一个光子反证：2021/9/224光有波动和粒子的二重性。光是集波动性和粒子性对立的矛盾双方于一身的统一体，是矛盾对立统一的物理体现。在不同的物理环境中，光表现出其不同的矛盾方面，其矛盾的另一面则被抑制

8、。这个思想开创了人类理解自然界运动规律的新思维。2021/9/225康德（ImmanuelKant，1724-1804），德国哲学家、天文学家、星云说的创立者之一、德国古典唯心主义创始人.