量子物理 (1)VIP专享VIP免费

量子物理研究对象的变化引起的危机一系列重大实验发现无法用经典物理的理论来解释，迫使物理学家跳出传统的经典物理的理论框架，最终导致了量子物理的诞生！§1黑体辐射和普朗克的能量子假说一.基本概念1.热辐射例如：加热铁块第一章波粒二象性辐射能量按频率的分布随温度而变的电磁辐射温度电磁波的短波成分2.光谱辐射出射度—Mν单位:W/(m2Hz)单位时间内从物体单位表面发出的频率在ν附近单位频率间隔内的电磁波的能量。开始发光→暗红→橙色→兰白色3.平衡热辐射4.实验表明辐射能力越强的物体，吸收能力也越强二.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，Mν最大且只与温度有关而和材料及表面状态无关物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量，物体达到热平衡，称为平衡热辐射。此时物体具有固定的温度。2.维恩设计的黑体3.维恩黑体辐射公式TeM/34.瑞利－金斯公式MkTcM222维恩公式瑞利－金斯公式高频符合实验结果“紫外灾难”12/32kThechMM5.普朗克公式在全波段与实验结果惊人符合！普朗克假定（1900年）：h=6.6260755×10-34J·s——普朗克常数E=nhn＝0,1,2,3，…谐振子以能量子发射或吸收能量“量子”概念的提出获1918年诺贝尔物理学奖能量量子化(不连续)!6.由普朗克公式可导出两条实验定律斯特藩—玻尔兹曼定律维恩位移定律=5.6710-8W/m2K4M—黑体全部辐射出射度0ddM由KHzC/10880.510黑体辐射中，光谱辐射出射度最大的光的频率随温度的变化40TdMM6000K4500K3000KMTCm得12/32kThechM测量高温、遥感和红外追踪等的物理基础。红外辐射热象图红外夜视仪拍的照片炼钢的热辐射室温下，反射光1100K，自身辐射光一个黑白花盘子的两张照片§2§2光电效应光电效应一.光电效应实验1．光电效应光电子2．实验装置光→金属→发射电子：光电流··KAGD光GV3.实验规律4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0Uc(V)CsNaCa2）Uc=K-U0与入射光的频率有关截至电压:cUCMeUm2v211）iim2im1I2I1(光强I2>I1)oU-Uc饱和光电流强度im入射光强与入射光的强度无关3）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4）光电效应是瞬时发生的只要入射光频率>0，无论光多微弱，从光照射阴极到光电子逸出，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：•光波的能量分布在波面上，阴极电子积•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！累能量需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生！•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，E=h1.爱因斯坦光量子假设(1905)2.对光电效应的解释逸出功A—电子逸出金属表面克服阻力所需功三.爱因斯坦的光量子论Ahmm2v21当＜A/h时，不发生光电效应。红限频率hA0——光电效应方程四.光的波粒二象性1.近代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；而在另一些情况下，则突出显示出粒子性。CMeUm2v21eAehUC光电效应的瞬时性eKh0eUA2.基本关系式粒子性：能量E，动量P，质量m波动性：波长，频率hEhcEp2mcE420222cmcpEchchm2hE00m光子描述光的性质的基本关系式例．图中所示为在一次光电效应实验中得出的曲线（1）由图中数据求出普朗克恒量。（2）该金属光电效应的红限频率。h光电管的阴极用逸出功A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得截止电压为5V，求：（1）光电管阴极金属的光电效应红限波长？（2）入射光波长？（普朗克恒量）sJ106.6334hC19106.1e基本电荷nm5650AheUcnm173§3.§3.康普顿散射康普顿散射1.康普顿研究X射线在石墨上的散射准直系统入射光0散射光探测器石墨散射体φ散射的X射线中有波长λ变大的现象2.康普顿的解释•X射线光子与“静止”的“自由电子”弹性碰撞•碰撞过程中能量与动量守恒...