第 十 九 章 量子物理

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1、第十九章量子物理绪论：经典物理学所遇到的三大困难：一是迈克耳逊——莫雷实验否定了绝对参照系的存在（违背了伽利略变换的相对性原理）。二是解释黑体辐射时所出现的“紫外灾难”（违背了经典物理的能量均分原理），三是放射性现象的发现。19-----1黑体辐射普朗克能量子假设经典物理学认为：物质的能量是连续分布的，其变化是连续的。一、黑体黑体辐射1、定义：黑体——2、基本概念：（1）、单色辐出度-------从热力学温度为T的黑体的单位面积上、单位时间内、在单位波长范围内所辐射出的电磁波能量，称为单色辐出度，用表示。3、（2）、辐出度--------在单位时间内，从热力学温度为T的黑体

2、的单位面积上、所辐射出的各种波长的电磁波的能量总和，称为辐出度，用表示。所以有：=二、斯特藩-----波耳兹曼定律维恩位移定律1、斯特藩-----波耳兹曼定律1879年，斯特藩从实验数据中分析发现，==其中：称为斯特藩-----波耳兹曼常数。且=即黑体的辐出度（曲线下面的面积）与黑体的热力学温度的四次访成正比。2、维恩位移定律：其中（见图19-----3）它表明：当黑体的热力学温度升高时，在曲线上，与单色辐出度的峰值相对应的波长向短波方向移动。3、单频辐出度--------从热力学温度为T的黑体的单位面积上、单位时间内、在单位频率范围内所辐射出的电磁波能量，称为单频辐出度，

3、用表示。4、与的关系：=三、黑体辐射的瑞利----金斯公式经典物理的困难1、为了解释图19----3的辐出度的实验现象，物理学家试图由经典电磁波理论和经典统计物理出发，来导出合适的公式，但都未能如愿，反而得出与实验现象不符的结论。代表有：瑞利------金斯公式：或者两者的分布曲线如图19----4。1、结论：在低频部分，瑞利------金斯公式与实验现象符合的很好，但在高频部分，出现了所谓的“紫外灾难”。它动摇了经典物理理论的基础。一、普朗克假说普朗克黑体辐射公式1、普朗克量子假设-------能量子假设为了得到与实验曲线相一致的公式，德国物理学家普朗克提出了一个与经典物

4、理理论完全不同的全新的假设：-------认为黑体辐射的能量（电磁波）不是连续的，而是一份一份的。这每一份称为能量子，则发射出去的能量为：（），其中称为普朗克常数。2、在能量子假设的基础上，普朗克并用经典的波尔兹曼统计代替能量均分定理，得出著名的黑体辐射公式：或者该公式与实验现象符合的非常好。19-----2光电效应光的波粒二象性一、光电效应的实验规律1、实验装置：2、基本概念：光电效应、光电子、光电流、遏止电压、3、实验结论：（1）、当入射光的频率大于某一频率时，才会有电子从金属表面逸出，电路中才会有电流，这个频率成为截止频率，当入射光的频率小于截止频率是，不论入射光的强

5、度有多大，都不会有光电流产生。（2）、用不同频率的光照射金属的表面：只要入射光的频率大于截止频率，遏止电势差与入射光的有线性关系，而与入射光的强度无关。（3）、无论入射光的强度如何，只要入射光的频率大于截止频率，当光照射到金属表面时，几乎立即就产生光电效应，而不需要时间的积累。4、经典物理理论在解释光电效应时遇到的困难：（1）、无法解释截止频率的现象（2）、无法解释光电效应产生的立即性。二、光子爱因斯坦方程1、他认为，（1）、光束可以看成是由微粒构成的粒子流，称为光量子。（2）、每个光子的能量为2、爱因斯坦方程：=其中称为逸出功。为电子离开金属表面时的初动能。为入射光的光子

6、的能量。3、爱因斯坦光量子假设对光电效应的解释。三、光电效应在近代技术中的应用。四、光的波粒二象性光子的静能量为零，因而其动量为=。光子的质量：。2康普顿效应1、实验装置：如图2、实验现象：光子经散射后的波长，除了有原波长外，还有的射线，且有：其原因是：光子与原子中的电子发生碰撞（弹性碰撞）后，电子获得了能量，而光子的能量减小，波长增加。而与原子核碰撞的光子的能量不变。3、结论：从光电效应和康普顿效应实验来看，光既具有波动性（干涉、衍射、偏振）、又具有粒子性（有质量、动量），即光具有波粒二象性。3氢原子光谱的规律——本节讨论原子本身的结构问题：卢瑟福原子结构模型：原子核处在

7、中央，核外电子绕核高速转动，研究原子内部结构问题的基本方法：光谱分析法。13.3.1氢原子光谱的实验规律：概念：连续光谱、分离光谱1、实验装置：2、实验表明：（1）、从红光到紫光、氢原子光谱不是连续的、而是分立的（如图），（2）、红端谱线稀、紫端谱线密，紫外更密。（3）、存在一个界限成为线系限，波长小于线系限的部分有一段连续的紫外光谱。3、氢原子的谱线系：巴耳末系（）：（）可见光区莱曼系（）（）紫外区………13.3.1波尔理论1、为解释上述实验现象，波尔提出三条基本假设：（1）、稳定态假设：P457能级、、………（