桂电2014大物AII重修_量子物理课件.ppt

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1、第十九章量子物理以太？黑体辐射？相关概念：热辐射：物体内的分子、原子受到热激发而发射电磁辐射的现象。单色辐出度：辐射功率辐出度：吸收率：物体吸收能量与入射总能量的比值。黑体：能够完全吸收外来辐射而没有反射的物体。黑体辐射现象：黑体辐射现象：斯特藩－玻耳兹曼定律：维恩位移定律：例1：计算下列情况下辐射体的辐射能谱峰值对应的波长λm：（1）人体皮肤的温度为35℃（2）点亮的白炽灯中，钨丝的温度为2000k（3）太阳表面的温度约为5800k经典物理的困难：维恩公式：瑞利－金斯公式：在长波范围内与实验不符在短波范围内与实验不符（紫外灾

2、难）普朗克公式：普朗克量子假设：在辐射场中有大量包含各种频率的谐振子，一个频率为的谐振子的能量不能是连续的，只能是能量元（又称能量子）的整数倍，即，其中n只能取正整数。能量元，h为普朗克常数。这就是著名的“能量量子化”假设。光电效应的实验规律：VA1、存在截止（红限）频率ν0；2、光电流的强度与入射光强有关；3、遏止电压的大小与入射光强无关；4、光电效应是瞬间响应的；爱因斯坦光量子理论：1、光子能量：逸出功2、当电子最大动能等于零时：红限频率：3、遏止电压满足关系：例2：以一定频率的单色光照射在某种金属上，测出光电流在图中用实

3、线表示，然后保持光的频率不变，增大照射光的强度，测出光电流曲线在图中用虚线表示。满足题意的图是：（A）（B）（C）（D）例3：在光电效应实验中，测出某金属的遏止电压U0与入射光频率ν之间的关系如图所示。由此可知该金属的红限频率ν0=Hz；逸出功A=eV。练习1：如图所示，在光电效应实验中，得出的一条实验曲线为直线AB。（1）求证对不同材料的金属，AB线的斜率都相同。（2）由图上数据求出普朗克常数h。爱因斯坦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年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的

4、油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖粒子图像和波动图像是同一事物的两个互补描述。光的某一方面性质不可能同时由这两种图像来描述，从这个意义上说二者是互斥的；要全面反映光的性质，只有把这两种图像结合起来，才能形成对光的完备描述。描述光的粒子性描述光的波动性互补原理：光的波粒二象性：光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.光电倍增管放大器接控件机构光光控继电器示意图光电效应在近代技术中的应用：康普顿（A.H.Compton)美国人(1892-1962）康普顿在做康普顿散射实验1920年，美国物理学家康普顿在

5、观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分。康普顿效应：经典电磁理论预言，散射辐射具有和入射辐射一样的频率。经典理论无法解释波长变化。（相对强度）（波长）经典理论的困难：康普顿效应：因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。康普顿效应的量子解释：由能

6、量守恒:由动量守恒:θXXeφXφθ康普顿效应的定量分析：最后得到：此式说明：波长改变与散射物质无关,仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。电子的康普顿波长。计算的理论值与实验值符合得很好。康普顿效应的定量分析：支持了“光量子”概念进一步证实了首次在实验上证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设证实了在微观的单个碰撞事件中动量和能量守恒定律仍然成立康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖P=E/c=h/c=h/=h康普顿效应的意义：思考：由上述理论分析可知，对于任何光的散射都会出现康普顿效应，但人们为什么从来都没有

7、发现过可见光的康普顿效应呢？康普顿波长远小于可见光波长吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年参加了发现康普顿效应的研究工作对证实康普顿效应作出了重要贡献1925—1926年吴有训用银的X射线(0=5.62nm)为入射线以15种轻重不同的元素为散射物质在同一散射角()测量各种波长的散射光强度做了大量X射线散射实验。证实了康普顿效应的普遍性证实了两种散射线的产生机制－外层电子(自由电子)散射0－内层电子(整个原子)散射在康普顿的一本著作“X-Raysintheoryandexperiment”(1935)中19处引用了吴

8、的工作两图并列作为康普顿效应的证据吴有训(1897—1977)意义:01.与散射物质无关仅与散射角有关曲线表明轻元素重元素2.吴有训的康普顿效应散射实验曲线氢原子的谱线规律：巴尔末公式：波数：里德伯常量：氢原子的谱线规律：赖曼系：紫外线巴尔末系：可见光帕邢系：红外线布拉开