19.1黑体辐射和普朗克的能量子假说精品

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1、第十九章量子物理基础§19.1黑体辐射和普朗克的能量子假说一.基本概念1.热辐射定义分子的热运动使物体辐射电磁波的现象。例如：加热铁块。基本性质温度,发射的能量,电磁波的短波成分.平衡热辐射物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量。2.辐射能量按波长的分布—单色辐出度M3.总辐出度M（T）单位时间内从物体单位表面积上发出的波长在二.黑体和黑体辐射的基本规律1.黑体能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体称为黑体。其单色辐出度M最大且只与温度有关而和材料及表面状态无关。附近单位波长间隔内的电磁波的能量。4．维恩位移律m=b/Tb=2

2、.897756×10-3m·K5．理论与实验的对比3.斯特藩-玻耳兹曼定律M(T)=T4=5.6710-8W/m2K42.维恩设计的黑体三.经典物理学遇到的困难——紫外灾难。四.普朗克的能量子假说和黑体辐射公式2.普朗克假定（1900）h=6.6260755×10-34J·s3.普朗克公式经典能量=h在全波段与实验结果完全符合！物体----------振子经典理论：振子的能量取“连续值”物体发射或吸收电磁辐射:1．“振子”的概念（1900年以前)量子例：一弹簧振子，M=0.10kg,k=1.0N/m,A0=0.10m,由于阻尼其振幅将

3、减小，能量将耗散。求能量的变化是否连续？初能量量子数是多少？解：作能量图：每隔画一条水平线需要画条共计△EE通过此题能得出何结论？§19.2光电效应和爱因斯坦的光量子论一.光电效应的实验规律1．光电效应2．实验装置在光照下，电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应。逸出的电子称为光电子。A+;K-：加速电场；A-；K+：减速电场。对于一定频率的入射光，K、A间加上减速电场，且当K、A间的反向电动势等于U0时，电路中恰好没有电流，U0叫做遏止电势差。3.实验规律4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0U0(V)CsNaCa当入

4、射光的频率大于相应的红限频率时，遏止电势差与入射光的频率具有线性关系：U0=K-Ub与入射光强无关。光电子的最大初动能为:对于某种金属，无论光强如何，只有当入射光频率v大于一定的频率v0时，才会产生光电效应。0称为截止频率或红限频率。K是一普适常数；对同一种阴极材料Ub是一常数。饱和光电流强度im与入射光强I成正比。光电效应是瞬时发生的。驰豫时间不超过10-9s二.经典物理学所遇到的困难按照光的经典电磁理论：光波的强度与频率无关，电子吸收的能量也与频率无关，更不存在截止频率！光波的能量分布在波面上，阴极电子积累能量克服逸出功需要一段时间，光

5、电效应不可能瞬时发生！3.对光电效应的解释当＜A/h时，不发生光电效应。红限频率四.光电效应的应用光量子具有“整体性”电磁辐射由以光速c运动的局限于空间某一小范围的光量子（光子）组成；=h2.爱因斯坦光量子假设(1905)A：金属材料的逸出功。1.普朗克假定是不协调的三.爱因斯坦的光量子论只涉及发射或吸收,未涉及辐射在空间的传播。此假说获1921年诺贝尔物理奖。关于光电效应两个问题的讨论若入射光的频率较低，一个电子能否吸收一个光子后积累起来，等到再吸收一个光子再逸出。不可能。因为电子吸收光子后，其能量增加，若不足以逸出，它将和其周围的电子

6、作用，以达到平衡。②一个电子能否同时吸收两个光子。设：入射光的频率ν=6×1014Hz,功率P=100W/CM2（再大则金属不能承受）,设单位时间（1S）内发射到金属表面单位面积内的光子数为n，则：P=nhν原子间距：每CM2的电子数：一个电子在△t的时间内吸收一个光子的几率为：§19.3光的波粒二象性康普顿散射一.光的波粒二象性1.近代物理认为光具有波粒二象性·在有些情况下，光突出显示出波动性；·粒子不是经典粒子,波也不是经典波。2.基本关系式粒子性：能量，动量P波动性：波长，频率而在另一些情况下，则突出显示出粒子性。是速度方向上的单位

7、矢量。二.康普顿散射1.康普顿研究X射线在石墨上的散射时发现：散射的X射线中，除有与入射波长相同的射线外，还有比其波长更长的射线。这种现象称为康普顿散射。2.实验规律λc为电子的Compton波长。准直系统入射光0散射光探测器石墨散射体3.康普顿效应的特点Åm0是电子的静止质量；入射波波长越短；散射越明显。2.康普顿的解释组成X射线的光子与“静止”的“自由电子”弹性碰撞；碰撞过程中能量与动量守恒。偏移3.康普顿散射实验的意义三.康普顿效应验证了光的量子性1.经典电磁理论认为：散射辐射具有和入射辐射一样的频率。e表明光具有粒子性；光子具

8、有动量；动量守恒和能量守恒两定律在微观领域仍成立。内容小结1、M(T)=T4m=b/T——Stefan-Bohrzman定律Wien位移定律2、P