《量子物理基础》课件

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1、第十六章量子物理基础DNA分子图像§16-6不确定关系§16-5实物粒子的波动性§16-4玻尔的氢原子理论§16-3原子模型原子光谱§16-2光电效应爱因斯坦的光子假设§16-1绝对黑体的辐射普朗克的量子假设*§16-11激光§16-10多电子原子原子的电子壳层结构§16-9氢原子电子自旋§16-8一维定态问题§16-7粒子的波函数薛定谔方程*§16-12晶体的能带半导体的导电机制一、热辐射任何固体或液体在任何温度下都不断辐射各种§16-1绝对黑体的辐射普朗克的量子假设太阳表面辐射波长的电磁波，这种与温度有关的辐射称为热辐射绝对黑体二、绝对黑体的辐射物体吸收的辐射能恰等于发射的

2、辐射能时，带小孔的空腔的小孔可视为黑体它的温度将维持不变，称为平衡热辐射辐射能都全部吸收而不反射的物体在任何温度下对任何入射绝对黑体的单色辐射出射度与l的关系曲线可见光红外光紫外光黑体辐射问题的紫外灾难经典物理结果单色辐射出射度M0(l,T)单位时间内从物体表间隔内的辐射能面单位面积上发射出来的、波长在l附近单位波长l/nm1900年，普朗克提出了能量量子化假设，把三、普朗克量子假设谐振子的能量是最小能量的整数倍导出黑体辐射的普朗克公式普朗克常量谐振子组成的。频率为n的谐振子的最小能量为黑体看成是由能量只能取离散的不连续值的许多普朗克量子假设与经典理论不相容，是一个革普朗克公式

3、曲线经典理论曲线实验结果普朗克量子假设给出了与实验符合很好的结果代量子理论的开端，带来物理学的一次巨大变革变化的看法，圆满地解释了热辐射现象，并成为现命性的概念，打破几百年来人们奉行的自然界连续一、光电效应的实验规律§16-2光电效应爱因斯坦的光子假设光电效应实验装置入射光光电流阴极阳极1.单位时间内从金属阴2.入射光的频率小于金多强都不能产生光电效应属的红限频率时，不论光强成正比极逸出的电子数与入射光红限频率4.从光开始照射到电子从金属逸出经过时间不3.光电子的最大初动能随入射光频率线性增加光电流的伏安特性曲线光强高光强低遏止电压与频率的关系曲线与入射光的强度无关超过10-9

4、s，且与入射光强度无关光的电磁波说不能解释光电效应实验规律3.不应该存在红限频率n01.金属中电子从光波中吸取能量2.光波中电振动使金属内电子作受迫振动这些都与光电效应实验规律相背离光电效应不会在瞬间发生入射光越弱，积累时间越长积累超过逸出功后才能从金属逸出成光电子而与入射光的频率无关光越强，光电子的初动能也越大受迫振动平均动能与入射光强成正比二、爱因斯坦的光子假设爱因斯坦在普朗克的量子假设基础上提出：光是由一个个以光速运动的光子组成的粒子流普朗克常量单位时间投射到金属板单位面积上的光子数频率为的一个光子的能量为为N，则入射光的强度为在传播过程中，也保留一份一份的性质辐射能不

5、仅在发射和吸收时是一份一份的爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦的光子假设对光电效应的解释电子吸收一个光子的能量=电子的最大初动能+逸出功1.入射光强度S与光子数N成正比2.光电子的最大初动能随入射光频率线性增加，与入射光的强度无关子越多产生的光电子越多，则饱和光电流与入射光光强越大，单位时间投射到阴极单位面积的光强成正比并说明了光具有粒子性即（光电效应的红限频率）4.电子一次吸收一个光子，不需要任何积累时间爱因斯坦的光子假设圆满地解释了光电效应美国物理学家密立根花了近十年时间从实验上3.对于每一种金属，因≥0，必须有hn≥W证实了爱因斯坦光电效应方程并算出了普朗克常量例题16-1逸出

6、功为2.21eV的钾被波长为250nm、解(1)应用爱因斯坦方程，最大初动能为(2)单个光子具有的能量为钾表面单位面积每秒接受的光子数即所求电子数动能，(2)单位面积每秒发射的最大电子数。强度为2W/m2的紫外光照射，求(1)发射电子的最大光子的能量和动量与频率和波长之间的关系即光子能量为光子动量表明光具有波粒二象性描述粒子性物理量描述波动性物理量三、光电效应的应用航天器的太阳能电池板光电控制的路灯系统X-射线管散射光入射光方向光谱仪光谱仪四、康普顿效应散射光中出现波长增大的成分1.在散射角相同的情况下实验证明：康普顿波长经典理论不能解释康普顿效应使电子作频率与入射光相同的受迫

7、振动，2.波长的改变量与散射角的关系为波长的改变量与散射物质无关并向各方向辐射同频率的电磁波按照光的波动理论，当光通过物质时，康普顿效应的解释1922年康普顿接受了爱因斯坦的光量子理论，X射线光子与原子中的电子的碰撞可分为两类：能量~104eV的碰撞，很好地解释了康普顿效应。将X-射线与物质的散射看成是光子与原子中的电子与自由电子与整个原子束缚能约几个eV光子碰撞原子中外层电子视为原子中内层电子束缚能大碰撞1.光子与原子中外层电子的碰撞碰前光子电子能量动量0碰后能量动量exy光子exy与实验