量子物理基础1

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1、第17章量子物理基础十九世纪末,经典物理学达到了相当完善的程度,正当人们欢呼:“物理学的大厦已经建成,以后人们的工作只是为其添砖加瓦而已”之时,一些新的实验事实却使物理学大厦的根基发生了动摇。1、迈—莫实验否定了绝对参照系(以太系)的存在；2、热辐射现象中的“紫外光灾难”；3、放射性现象发现原子是可分的。这些实验事实迫使科学家们抛弃以往惯用的思维方法,重新思考物理学的基本概念,在曲折艰苦的阵痛中终于诞生了相对论和量子论。17.1普朗克量子假设一、热辐射现象2、平衡热辐射:辐射与吸收平衡,温度恒定.1、热辐射:决定于物体温度的电磁辐射.3

2、、描述热辐射的物理量单色辐射强度：在单位时间内从物体表面单位面积上、单位波长间隔内所辐射出的能量。总辐射能：在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的各种波长的能量1、黑体:辐射(吸收)能力最强的物体,能全部吸收一切外来辐射。二、黑体辐射人造黑体模型:不透明材料制成的带小孔空腔。2、黑体的单色辐射强度(单色辐出度)1)意义:温度为T的黑体,在单位时间,单位面积上,单位波长间隔所辐射出的能量.定量说明了辐射强度的大小。2)测定黑体实验原理三、黑体辐射定律由黑体实验曲线可以看出:1、斯特藩—玻尔兹曼定律：1)黑体的分布规律是温度T的函数,与材料

3、无关。2)温度T时,在单位时间、单位面积上的总辐射能：1879年,斯特藩从实验中发现此规律,五年后玻尔兹曼从理论上得到：2、维恩位移定律曲线峰值对应的1893年,维恩得到他们之间关系：表明:向短波方向移动;向高频方向移动四、瑞利—金斯公式经典物理的困难瑞利—金斯从经典理论得到：作出理论曲线与实验曲线比较：1)在低频(长波)部分符合很好；2)在高频(紫外)部分出现巨大分歧.实验指出:理论得到:五、普朗克假设、黑体辐射公式1、假设:金属空腔壁上带电谐振子(电子)只吸收或发射的整数倍的能量,即能量的变化不连续.——普朗克常数频率为的谐振子,其

4、能量只能取等一系列不连续的值。——能量量子化假设2、普朗克辐射公式与实验曲线符合的很好“新概念”:能量量子化.开始人们不相信,后来1905年爱因斯坦利用其发展了光量子概念,成功解释了光电效应,才被人们普遍接受,1918年获Nobel奖。六、黑体辐射定律的应用光测高温、光测高温计（实验）17.2光电效应一、实验装置1、K—阴极,A—阳极,电子从KA在电路中形成光电流。2、光电效应:在入射光照射下,电子获得能量从金属表面逸出。4、饱和光电流:加正向电压,使逸出金属表面的电子全部到达阳极A,此时光电流为最大值。3、遏止电压:电子能从KA,说明

5、电子具有动能;加反向电压,当二、实验规律：3、对给定金属，存在一截止频率。1、饱和电流强度与入射光强度成正比。2、光电子的初动能随入射光频率线性增加,与光的强度无关。4、光电子是即时发射的。三、经典理论的困难1、认为不存在,只要光强足够大,即能发生光电效应.但实验证明:只要不管光强多大,都不会有光电子逸出。2、认为电子吸收能量需要一定的时间积累,但实验发现具有瞬时性。3、光电子初动能应该与入射光强度成正比.四、爱因斯坦的光量子理论1、光量子:光可以看成是微粒—光量子组成的粒子流,每个光子具有能量.2、爱因斯坦光电效应方程：2)光电流I正

6、比于光电子数目n和速度v,但n是主要因素。至此,爱因斯坦不仅完美解释了光电效应,还使人们对光的本性的认识有了质的飞跃——波动性兼具粒子性。1)瞬时性解释:单个电子完全吸收光子能量,只要,就立即有光电子逸出.17.2康普顿效应一、实验装置二、实验结果表明:x射线通过物质散射时,波长发生变化,散射后的波长有两个峰值,一个与原来波长相同,另一个与散射角有关。三、对康普顿效应的解释1、经典解释:单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时,引起受迫振动,向各方向辐射同频率的电磁波。经典理论不能作出合理解释!2、光子理论解释:光子与电子的弹性碰撞1

7、)光子传递一部分能量给电子2)为什么还有原波长的峰值？光子与束缚电子碰撞,是与整个原子碰撞,失去能量较少,散射后频率几乎不变。(3)原子量小的物质康普顿效应较显著;原子量大的物质效应不显著。康普顿效应的发现,以及理论分析和实验结果的一致,不仅有力地证实了光子假设的正确性,并且证实了微观粒子的相互作用过程中,也严格遵守能量守恒定律和动量守恒定律。2、光子理论解释17.3氢原子光谱的规律性研究原子结构规律有两条途径：1、利用高能粒子轰击原子—轰出未知粒子来研究(高能物理)；2、通过在外界激发下，原子的发射光谱来研究光谱分析。一、光谱1、发射

8、光谱：1)连续光谱:炽热固体、液体、黑体;2)线状光谱(原子):彼此分立亮线,气体放电、火花电弧等。两者都能反映物质特性及其内部组成结构——特征谱线最简单的原子发射光谱是氢原子光谱。二、氢原子的光谱系十九世