《量子物理基础》.ppt

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1、第16章量子物理基础自有人类科学记载以来，人们在经典理论的统治下，“一切自然过程都是连续的”这个观点被所有人自然接受。人们生活在宏观世界里，对自然界的认识不可避免地有局限性十九世纪末、二十世纪初，随着科学的进步，人类认识进入微观领域。在研究黑体辐射规律时，经典理论遇到了不可逾越的困难。1§16.1热辐射普朗克能量子假设——量子物理学的诞生实验指出：任何物体在任何温度下都不断地向周围空间发射电磁波。辐射出的能量（电磁能）与T有关（当然和l也有关），因此称为热辐射。一.热辐射热辐射:由温度决定的物体的电磁辐射。头部热辐射像头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这

2、种差异可通过热象仪转换成可见光图象。2辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。室温高温吸收辐射白底黑花瓷片3单色辐射出射度（单色辐出度）：一定温度T下，物体单位面元在单位时间内发射的波长在~+d内的辐射能dM与波长间隔d的比值辐出度：物体(温度T)单位表面在单位时间内发射的辐射能，为温度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。说明4二.黑体辐射绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。——研究热辐射的理想化模型黑体辐射

3、的特点：与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强煤烟约99%黑体模型物体热辐射温度材料性质黑体热辐射温度材料性质51.斯特藩——玻耳兹曼定律式中辐出度与T4成正比.2.维恩位移定律峰值波长m与温度T成反比0.51.01.52.01050MB(10-7×W/m2·m)(m)可见光5000K6000K3000K4000K6MB经典理论试验曲线辐射出的能量M与T、l有关，与材料无关经典理论：物体中的每个带电粒子都是一个谐振子，一面振动一面发射与其振动频率相同的电磁波。推出公式与实验曲线不符，在紫外区，称为紫外灾难。7普朗克（德）为了揭示实验和理论之间

4、的矛盾，提出了一个与经典理论格格不入的观点：能量的取值是不连续的普朗克量子假设：1.谐振子的能量存在着最小的能量单元：2.谐振子辐射和吸收的能量只能是的整数倍：普朗克公式：——与实验规律符合——普朗克恒量8普朗克的能量子假设第一次向人们展示出：自然界中存在着这样一些变化，它们的发生是跃变的、不连续的。这个思想就像一把金钥匙，打开了微观世界的大门；普朗克的能量子假设对经典物理是一个巨大的突破，从此量子力学诞生了。以普朗克的名字命名的现代物理学中最重要的普适恒量——h，可以和光速c相比。一个伟大的思想要被人们认识并接受，是需要时间的，要经过多次波折、反复，经过许多科学家

5、不懈的努力才能坚定地迈出关键的一步。9爱因斯坦指出：光是由光子组成的粒子流，它不仅是一份份地被辐射、吸收，而且在空间传播时也是聚集成一份份的能量集团。光子具有的能量也是用光量子理论成功地解释了光电效应最早认识到普朗克的能量子假设伟大意义的科学家是年轻的爱因斯坦。具有深刻洞察力的爱因斯坦意识到：经典理论是在一定条件下成立的理论，不能应用到微观世界发生的过程。他从能量子假设中得到重要启示，他不仅支持能量子观点，而且还进一步发展了量子假设，提出了光量子假设。10§16.2光电效应爱因斯坦光子假说++++----e金属导体内有自由电子，但导体表面有一偶电层，电子不能逸出。通

6、过光照、加压、加热等方法，可使电子逸出。光照到金属表面上，电子从金属表面逸出的现象称为光电效应一.光电效应的实验规律在KA间加电压U，光电子便从KA形成光电流i（I,n)AKG11实验规律:1.饱和电流入射光强度（频率一定）oUin一定单位时间内从阴极发射的光电子数和入射光强成正比。2.存在截止频率（红限）截止波长3.遏止电压：实验指出：即：光照到金属表面上，从表面逸出的电子具有初动能。若运动方向对头，则没有外场作用时，电子也能从KA加负压时，电子的初动能全消耗在克服电场力做功上12on对不同金属，曲线斜率相同光电子即时发射。只要，无论光强多大，滞后时间不超过最

7、大初动能与无关，与有关133.光电子的产生应与光照时间有关但实验指出：只需，无论多大，光电子立即逸出2.光电子的产生应与无关只要足够大，电子获得的能量>逸出功时，光电子就可以逸出但实验指出：当，无论多大，照射时间多长，都不会发生光电效应。二.经典物理与实验规律的矛盾1.初动能应和入射光强度成正比但实验指出：14三.爱因斯坦的光子理论1.光是以运动的粒子流——光子流不同的光子具有不同的能量2.每个光子具有能量3.光的强度决定于单位时间通过垂直于光方向上单位面积的光子数四.用光子理论解释光电效应不考虑相对论效应151.饱和电流入射光强度（频率一定）对同一的光：光子