2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：光的波粒二象性

1、光的波粒二象性19世紀(jì)末,經(jīng)典物理理論發(fā)展到相當(dāng)完善階段牛頓力學(xué)：牛頓三定律麥克斯韋電磁理論：光=電磁波；Maxwell方程組熱力學(xué)三大定律；分子運(yùn)動(dòng)論和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué) 光的波粒二象性 經(jīng)典物理學(xué)的成功 經(jīng)典物理學(xué)的困難1900 London 開(kāi)爾文: 在熱和光動(dòng)力理論上空的19世紀(jì)烏云 “The beauty and clearness of the dynamical theory is at present obscured by two clouds.” 在物理學(xué)陽(yáng)光燦爛的天空中漂浮著兩朵小烏云 邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn) 導(dǎo)致了相對(duì)論的誕生 黑體輻射研究 導(dǎo)致了量子力學(xué)的誕生經(jīng)典理論在解釋一些新的

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果上遇到了 嚴(yán)重的困難。 （1）黑體輻射問(wèn)題 （2）光電效應(yīng) （3）氫原子線(xiàn)狀光譜吸收本領(lǐng) : 吸收的輻射能通量譜密度與照射的譜密度之比黑體輻射與普朗克量子假設(shè)平衡態(tài)下熱輻射與物體材料形狀無(wú)關(guān)當(dāng)絕對(duì)黑體（黑體）發(fā)射本領(lǐng) ：基爾霍夫定律: 黑體輻射：由空腔小孔發(fā)出的輻射黑體輻射的能譜密度與輻射的波長(zhǎng)的分布曲線(xiàn)，曲線(xiàn)形狀只與黑體的絕對(duì)溫度T 有關(guān)而與黑體的形狀和材料無(wú)關(guān)。黑體模型：空窖0510實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)Wien 公式在短波部分與實(shí)驗(yàn)相符合，長(zhǎng)波部分不一致。Wien 公式(1894) Wien 線(xiàn)0510瑞利金斯公式在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)相符合Rayleigh(1900) Jeans(1905)公式紫

3、外災(zāi)難參見(jiàn)P30圖1.4-2Planck 黑體輻射定律公式結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合很好1900年10月19日Planck 線(xiàn)0510德 18581918年N獎(jiǎng)柏林大學(xué) 對(duì) Planck 輻射定律的二點(diǎn)討論：（1）高頻(短波)時(shí)，Wien 公式（2）低頻(長(zhǎng)波)時(shí)Rayleigh-Jeans 公式(1)電磁駐波(微觀簡(jiǎn)諧振子)的能量取值是不連續(xù) 的,頻率為 的簡(jiǎn)諧振子的能量 只能取 的整數(shù)倍,即(2)微觀簡(jiǎn)諧振子發(fā)射或吸收輻射都只能是一份一 份的,即量子化的.被發(fā)射或被吸收的輻射的一 份能量值為1900年12月14日 Planck 提出能量子假定：第一個(gè)是Einstein.1905年用Planck量子假設(shè)解釋光電效應(yīng)。認(rèn)為光不僅是電磁波，而且還是一個(gè)粒子。電磁輻射不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量 的微粒形式出現(xiàn)，而且以這種形式在真空以光速c傳播，這種粒子叫做光量子(光子)。 能量與頻率關(guān)系 動(dòng)量與波長(zhǎng)關(guān)系Planck-Einstein關(guān)系式總結(jié)光子能量、動(dòng)量關(guān)系式如下：把光子的波動(dòng)性和粒子性聯(lián)系了起來(lái)相對(duì)論能動(dòng)量關(guān)系：光子的能動(dòng)量關(guān)系:和Max Born ,18