大学物理学 少课时 教学课件 作者 邹艳 第十四章 量子物理学基础.ppt

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1、量子物理学基础第十四章第一节黑体辐射普朗克量子假设第四节玻尔的氢原子理论第三节康普顿效应第二节光电效应第五节德布罗意波不确定关系第六节波函数薛定谔方程第七节量子力学中的氢原子第八节电子的自旋原子的电子壳层结构量子概念是1900年普朗克首先提出，距今已有100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.第一节黑体辐射普朗克量子假设一黑体黑体辐射1热辐射的基本概念（1）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内的电磁波的能量.单位：单位：（2）辐射出射度单位时间

2、，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.02468101221210468太阳钨丝可见光区太阳钨丝钨丝和太阳的单色辐出度曲线2黑体黑体是理想模型绝对黑体:若物体在任何温度下,对任何波长的辐射能的吸收比都等于1,则称该物体为绝对黑体,简称黑体。不透明的材料制成带小孔的空腔,可近似看作黑体。1400K800K1000K1200K固体在温度升高时颜色的变化0100020000.5可见光区黑体单色辐出度的实验曲线1.0二黑体辐射的实验规律6000K3000K1斯特藩-玻耳兹曼定律斯特藩-玻耳兹曼常数总辐出度式中0100020001.0可见光区0.56000K3000K2维恩位移

3、定律常量峰值波长0100020001.0可见光区0.56000K3000K例题14-1人体也向外发出热辐射，为什么在黑暗中还是看不见人？解如果设人体表面的温度为36°C，则由维恩位移定律算出在人体热辐射的各种波长中，所对应的最大单色辐出度的波长应为在远红外波段，为非可见光，所以是看不到人体辐射的，在黑暗中也如此三瑞利-金斯公式经典物理的困难0123624瑞利-金斯公式紫外灾难实验曲线****************T=2000K普朗克（1858—1947）德国理论物理学家，量子论的奠基人.1900年12月14日他在德国物理学会上，宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文，提出了能

4、量的量子化假设.劳厄称这一天是“量子论的诞生日”.量子论和相对论构成了近代物理学的研究基础.四普朗克假设普朗克黑体辐射公式1普朗克黑体辐射公式普朗克常数01236瑞利-金斯公式24普朗克公式的理论曲线实验值****************实验值与普朗克公式理论曲线比较T=2000K黑体中的分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子的能量状态是分立的，相应的能量是某一最小能量的整数倍,即，2，3，…n,称为能量子，n为量子数.2普朗克量子假设普朗克量子假设是量子力学的里程碑.一光电效应实验的规律1实验装置及现象2实验规律（1）光电流强度与入射光强成正比.第二节光电效应（2）截止频率（红限

5、）截止频率与材料有关与光强无关.对某种金属来说，只有入射光的频率大于某一频率0时，电子才会从金属表面逸出.0称为截止频率或红限频率.遏止电势差与入射光频率具有线性关系.（4）瞬时性使光电流降为零所外加的反向电势差称为遏止电势差，对不同的金属，的量值不同.（3）遏止电势差按经典理论,电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累,与实验结果不符.3经典理论遇到的困难红限问题瞬时性问题按经典理论,无论何种频率的入射光,只要强度足够大，就能使电子逸出金属.与实验结果不符.二光子爱因斯坦方程1光量子假设光可看成是由光子组成的粒子流，单个光子的能量为.2爱因斯坦光电效应方程逸出功与材料有关理论解释:

6、几种金属逸出功的近似值(eV)钠铝锌铜银铂2.464.084.314.704.736.35光强越大，光子数越多，单位时间内产生光电子数目越多,光电流越大.(时）遏止电势差VA外加反向的遏止电势差恰能阻碍光电子到达阳极,即爱因斯坦的光子理论圆满地解释了光电效应现象.（截止频率）频率限制:只有时才会发生瞬时性：光子射至金属表面，一个光子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.3普朗克常数的测定遏止电势差和入射光频率的关系O例14-2波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上，钠的逸出功为2.28eV。求（1）这种光的光子能量和动量；（2）光电子逸出钠表面时的动能；（3）若光子的

7、能量为2.40eV，其波长为多少？解（1）光子的能量和动量为（2）由爱因斯坦光电方程，光电子逸出表面时的动能为（3）当光子能量为2.40eV时，其波长为光电倍增管放大器接控制机构光光控继电器示意图三光电效应的应用光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.四光的波粒二象性相对论能量和动量关系（2）粒子性：（光电效应等）（1）波动性：光的干涉和衍射光子描述光的粒子性描述光的波动性光子1920年，美国