特色大学物理课件量子物理.pptx

十九世纪物理学的成就和危机：迈克耳逊-莫雷实验物体的机械运动：牛顿定律 (vc)电磁现象：麦克斯韦方程组光的现象：几何光学和波动光学黑体辐射实验：紫外灾难热力学：波尔兹曼的统计物理学英国物理学家开尔文（1824-1807）：“未来的物理学真理不得不在小数点后面第六位去寻找”“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了”“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云。”第一章 能量量子化 波粒二象性 波尔量子理论§1 热辐射 普朗克能量子假说§2 光电效应 爱因斯坦的光量子§3 康普顿效应§4 原子模型 玻尔量子论§5 德布罗意物质波 物质波的波动方程有驳于经典物理的三个实验现象量子物理雏形量子物理的理论基础§1 热辐射 普朗克能量子假说一、黑体辐射的基本概念? 热辐射和热平衡：辐射的能量与温度有关，称之为热辐射。辐射和吸收的能量相等时称为热平衡。?单色辐出度和全色辐出度单位时间、单位表面积上所辐射出的单位波长间隔中的能量是单色辐出度。单位时间、单位表面积上所辐射出的各种波长电磁波的能量是全色辐出度。? 吸收比和反射比吸收比 反射比对于非透明物体?绝对黑体的热辐射规律用不透明材料制成一空心容器，壁上开一小孔，可看成绝对黑体绝对黑体的吸收比恒为1。?绝对黑体的单色辐出度在热平衡下，任何物体的单色辐出度与吸收比之比，是个普适函数。基尔霍夫定律这一普适函数就是绝对黑体的单色辐出度M0(?,T)?绝对黑体的全色辐出度-黑体的辐射本领二、黑体辐射实验规律测量热平衡时黑体的辐射能量密度按波长的分布曲线。PL2A B1L1CB2C为热电偶A为黑体B1PB2为分光系统1. 斯忒藩-玻耳兹曼定律黑体的辐射本领与温度的四次方成正比。斯忒藩-玻耳兹曼常数1700k1500k1300k2. 维恩位移定律实验发现：当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值?m 向短波方向移动。1700k1500k1300kb是维恩常数二、黑体辐射的普朗克解释1. 经典物理遇到的困难? 瑞利和琼斯用能均分定理得出：只适于长波，存在“紫外灾难”。?? 维恩根据经典热力学得出：实验瑞利-琼斯维恩理论值T=1646k2. 黑体辐射的普朗克解释? 普朗克能量子假说?辐射物体中包含大量谐振子，其能量是取特定的分立值? 存在着能量的最小单元（能量子?=h?); h=6.626?10-34焦耳.秒。?振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量?从理论上推出：k和c分别是玻尔兹曼常数和光速。实验瑞利-琼斯瑞利-琼斯普朗克理论值维恩理论值普朗克因为提出能量子的概念获得1918年的诺贝尔物理学奖T=1646k普朗克用能量子假说解释了黑体辐射实验！§2 光电效应 爱因斯坦光量子理论一、光电效应1. 光电效应：当光束照射在金属表面上时使电子 从金属中脱出的现象。实验装置：-+GU2. 光电效应实验规律(1)饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和电流光强较强截止电压光强较弱单位时间内，阴极溢出的光电子数与入射光强成正比(2)光电子的初动能与入射光强度无关，而与入射光的频率有关。I截止电压Uo 的大小反映光电子初动能的大小。IS截止电压：如果将电源反向，两极间将形成使电子减速的电场，反向电压达到U0时光电流完全减小到零，U0叫截止电压3210U03U02U01U能量关系：截止电压与入射光频率有线性关系红限频率K是与金属无关的普适恒量最大动能与入射光频率成线性关系，而与入射光强无关。存在截止频率(红限)红限频率3. 光电效应具有瞬时性，或说响应速度很快，10-9s。3. 经典理论遇到的困难：经典理论实验结果金属中电子吸收光能逸出, 其初动能决定于光振动振幅, 即由光强决定初动能与入射光频率有关，而与入射光强无关光强足够大时，对各种频率的光都会发生光电效应存在截止频率(红限)电子吸收光波能量只有积累到一定量值时，才会从金属中逸出光电子是即时发射的二、 爱因斯坦的光子学说爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论：光不仅在与物质相互作用时（发射和吸收），具有粒子性，而且在传播过程中也有粒子性。一个频率为?的光子具有能量?=h?，其能流密度?=nh? 不仅取决于单位面积上的光子数n，还决定于频率? 。由能量守恒可得出：一个电子逸出金属表面后的最大动能：A 称为逸出功。只与金属性质有关，与光的频率无关。光电效应方程由此可解释饱和光电流强度与光强成正比；可以解释截止电压与频率成线性关系以及红限频率的存在。爱因斯坦对光电效应的解释：光束的能流集中在能量为h? 的光子上。当光束照射在金属上时，金属中的电子要么吸收一个光子，要么完全不吸收，能量守恒表示为 h?=mv2/2+A=eU0+A 入射光的强弱表示光子流密度大小。光强大表示光子