早期量子論和量子力學的準備詳解演示文稿

1、早期量子論和量子力學的準備詳解演示文稿第一頁，共三十四頁。（優(yōu)選）早期量子論和量子力學的準備第二頁，共三十四頁。3量子力學 黑體輻射光電效應氫原子光譜 康普頓效應應經(jīng)典物理學第三頁，共三十四頁。量子力學的誕生 三個實驗（1）黑體輻射 （2）光電效應（3）原子光譜三個飛躍（1）普朗克能量子假說（2）德布羅意物質(zhì)波假設 （3）薛定諤方程與 玻恩概率波解釋第四頁，共三十四頁。51905年 愛因斯坦 光量子假說1910年 盧瑟福 原子有核模型1913年 波爾 氫原子光譜規(guī)律原子及量子概念1924年 德布羅意 物質(zhì)波，波粒二象性1925年 海森伯 矩陣力學1926年 薛定諤 波動力學 量子力學理論192

2、7年 海森伯 測不準關系 波恩 波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋 狄拉克 相對論量子力學量子力學理論1900年 普朗克 能量子（舊量子論）A、 舊量子論的形成（沖破經(jīng)典量子假說）B、量子力學的建立（嶄新概念）C、量子力學的進一步發(fā)展（應用、發(fā)展）第五頁，共三十四頁。 熱輻射 普朗克量子假說第六頁，共三十四頁。一、 熱輻射的基本概念1）輻射出射度 (輻出度) - M 溫度為T時，單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上所輻射出來的各種頻率電磁波能量的總和 2) 單色輻射出射度（單色輻出度）熱輻射：物體發(fā)出的各種電磁波的能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射現(xiàn)象。 溫度為T時，單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上所輻射出來的，波

3、長在附近，單位波長間隔內(nèi)的電磁波能量。第七頁，共三十四頁。式中 dM 是頻率在 +d 范圍內(nèi)單位時間從物體表面單位面積上輻射的電磁波能量3）單色吸收比（光譜吸收比） 和單色反射比（光譜反射比） 物體在溫度T，吸收和反射頻率d范圍內(nèi)電磁波能量與相應頻率入射電磁波能量之比對于不透明物體： + =11）輻射出射度 (輻出度) - M 2) 單色輻射出射度（單色輻出度） （光譜輻射出射度）單位：W/(m2.Hz)第八頁，共三十四頁?；鶢柣舴蚨▉艉秃隗w2）黑體 若一個物體在任何溫度下，對于任何波長入射輻射能的吸收比都等于 1,則稱它為絕對黑體 黑體即, 1）基爾霍夫定侓：普適函數(shù)第九頁，共三十四頁。人造

4、絕對黑體模型 封閉空腔的小孔絕對黑體的單色輻出度- 研究熱輻射的中心問題吸收發(fā)射第十頁，共三十四頁。11熱輻射溫度不同時 輻射的波長分布不同是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程逐漸升溫火爐600度1000度400度熱輻射及其定量描述由于分子熱運動導致物體輻射電磁波熱輻射過程的實質(zhì)是物體向外輻射電磁波輻射能熱輻射譜是連續(xù)的；平衡熱輻射；只要T 0 K，就有熱輻射；第十一頁，共三十四頁。黑體輻射的實驗曲線可見光區(qū)0M 實驗裝置黑體準直系統(tǒng)三棱鏡測量系統(tǒng)透鏡加熱器黑體輻射的實驗研究第十二頁，共三十四頁。黑體輻射的基本規(guī)律1）斯特藩玻耳茲曼定律斯特藩常數(shù)2）維恩位移定律 黑體輻射出的光譜中輻射最強的波長 m 與黑

5、體溫度 T 之間滿足關系維恩常數(shù)或第十三頁，共三十四頁。14瑞利- 金斯線 為解釋黑體輻射規(guī)律，1900年瑞利和金斯用能量均分定理和電磁理論導出一個公式：黑體輻射的瑞利金斯公式 經(jīng)典物理的困難該公式只適用于長波段, 而在短波段（紫外區(qū)）與實驗不符。 -紫外災難普朗克線1900.12.14 普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式M.Planck 普朗克常數(shù)維恩線第十四頁，共三十四頁。1515普朗克常數(shù)- h 是一個普適常數(shù)普朗克能量子假定： 振子的能量不連續(xù)。 E = n ， n = 1, 2 , 3. = h- 能量子基本物理思想： 輻射黑體中的分子、原子可看作線性諧振子 振動時向外輻

6、射能量（也可吸收能量） 物體發(fā)射或吸收電磁輻射時 交換能量的最小單位是“能量子” = h二、普朗克量子假設：第十五頁，共三十四頁。普朗克的思想是完全背離經(jīng)典物理，受到當時許多人的懷疑和反對，包括當時的物理學泰斗-洛侖茲。乃至當時普朗克自已也想以某種方式來消除 這一關系式。他寫道：我試圖將 h 納入經(jīng)典理論的范圍，但這樣的嘗試都失敗了，這個量非常頑固，后來他又說：普朗克的能量子假說導致了量子力學的產(chǎn)生，普朗克也成為量子力學的奠基人，于1918年獲得諾貝爾獎。1900年12月14日成為量子物理的誕生日在好幾年內(nèi)我花費了很大的勞動，徒勞地去嘗試如何將作用量子引入到經(jīng)典理論中去。但我從這種深入剖析中也

7、獲得了極大的好處，我終于確切地知道能量子 將在物理中發(fā)揮出巨大作用。1900年12月14日普朗克在德國物理學會的例會上以題為“關于正常譜中能量分布定律的理論”條理清晰地推導和論證了他得到的黑體輻射公式。第十六頁，共三十四頁。光電效應第十七頁，共三十四頁。18實驗裝置：GD為光電管，光通過石英窗口照射陰極K，光電子從陰極表面逸出。 光電子在電場加速下向陽極A 運動，形成光電流。實驗規(guī)律如下：ARiVAKGDI光電效應光照射某些金屬時能從表面釋放出電子的效應。產(chǎn)生的電子稱為光電子。 改變A，K幾間的電勢差VAK，可測的光電流I 隨VAK的變化關系(伏安特性曲線)一、光電效應的實驗規(guī)律第十八頁，共三

8、十四頁。191. 光電流和入射光強度關系 入射光頻率一定時，飽和光電流強度 im與入射光強度成正比。伏安特性曲線2. 光電子的初動能和入射光頻率的關系與頻率 有關，存在紅限頻率Va0CsNaCa截止電壓Va與光強 I 無關,K常數(shù)；V0與材料有關。3. 光電效應和時間的關系 光電轉(zhuǎn)換時間極短 0 稱為康普頓散射=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o（A）.2、散射曲線的三個特點:c =2.4110-3nm（實驗值）1). 波長改變量（0）隨散射角而異稱為Compton波長新波長 散射角 散射角 ，I0 ，I 第二十六頁，共三十四頁。(1) 與散射物質(zhì)無關, 僅與散射角有關實驗表明 輕元素

9、重元素(2)2). 對同一散射角，原子量較小的物質(zhì)散射強度大， 但波長改變量（0） 相同。 經(jīng)典電磁理論預言，散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率 . 經(jīng)典理論無法解釋波長變化 .經(jīng)典理論的困難第二十七頁，共三十四頁。2828用光量子概念解釋康普頓效應 能量守恒：(1)動量守恒：(2)光子與電子彈性碰撞yex電子靜止yx散射光子反沖電子x方向：(3)y方向：由(1), (2), (3)得：第二十八頁，共三十四頁。29 2. 光子與石墨中和原子核束縛很緊的內(nèi)層電子 的碰撞，應看做是光子和整個原子的碰撞。 1. 上式表明波長的改變量與散射角有關，散射角 越大，也越大。 彈性碰撞中，入射光子幾乎不損失能

10、量， 這時散射光子波長不變。討論：物理意義 光子假設的正確性，狹義相對論力學的正確性 . 微觀粒子也遵守能量守恒和動量守恒定律.第二十九頁，共三十四頁。 氫原子光譜 玻爾的氫原子理論第三十頁，共三十四頁。311.原子的核式結(jié)構(gòu)1911盧瑟福核式模型:+- 粒子的大角散射原子的行星模型 原子的中心有一帶正電的原子核，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，電子圍繞這個核旋轉(zhuǎn)，核的尺寸與整個原子相比是很小的 .一、氫原子光譜規(guī)律第三十一頁，共三十四頁。322.氫原子光譜的規(guī)律式中R：里德堡常數(shù)氫原子光譜經(jīng)驗規(guī)律（18851908年）巴爾末公式紅藍紫6562.84340.54861.3氫原子的可見光光譜：。1853年瑞典人埃格斯特朗（A.J.Angstrom）波數(shù)里德堡第三十二頁，共三十四頁。33賴曼系巴爾末系帕邢系布喇開系普芳德系紫外區(qū)紅外區(qū)可見光氫光譜的其他線系:光譜規(guī)律(n=2, 3, 4)(n=3, 4, 5 . )(n=4, 5, 6 )(n=5, 6, 7 )(n=6, 7, 8 ) -廣義巴爾末公式 （里茲組合原理）式中: k = 1， 2， 3， 4， n = k+1， k+2， k+3，光譜項(1)光譜是線