早期量子論和量子力學的準備詳解演示文稿

早期量子論和量子力學的準備詳解演示文稿當前1頁，總共34頁。（優(yōu)選）早期量子論和量子力學的準備當前2頁，總共34頁。3量子力學

黑體輻射光電效應氫原子光譜

康普頓效應應經典物理學當前3頁，總共34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）德布羅意物質波假設（3）薛定諤方程與玻恩概率波解釋當前4頁，總共34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1927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）當前5頁，總共34頁。熱輻射普朗克量子假說當前6頁，總共34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，單位時間內從物體表面單位面積上所輻射出來的，波長在λ附近，單位波長間隔內的電磁波能量。當前7頁，總共34頁。式中

dM

是頻率在νν+dν范圍內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）ν和單色反射比（光譜反射比）ν

物體在溫度T，吸收和反射頻率ννdν范圍內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：ν+ν=11）輻射出射度(輻出度)---M2)單色輻射出射度（單色輻出度）（光譜輻射出射度）單位：W/(m2.Hz)當前8頁，總共34頁。基爾霍夫定侓和黑體2）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)當前9頁，總共34頁。人造絕對黑體模型—

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)射當前10頁，總共34頁。11熱輻射溫度不同時輻射的波長分布不同是熱能轉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>0K，就有熱輻射；當前11頁，總共34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當前12頁，總共34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

與黑體溫度T之間滿足關系維恩常數(shù)或當前13頁，總共34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)維恩線當前14頁，總共34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：當前15頁，總共34頁。普朗克的思想是完全背離經典物理，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典理論中去。但我從這種深入剖析中也獲得了極大的好處，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。當前16頁，總共34頁。光電效應當前17頁，總共34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)律當前18頁，總共34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

光電轉換時間極短

<10-9s(即使光非常非常弱)。當前19頁，總共34頁。1.光輻射是由在真空中以速率c傳播的光量子組成的粒子流

每個光量子的能量與輻射頻率的關系為2.愛因斯坦方程為電子逸出功，為光電子的最大初動能。實驗規(guī)律：1.飽和電流

2.截止電壓

3.紅限頻率

4.光電效應是瞬時的經典電磁理論：光波能量只與光強和振幅有關，與頻率無關，不能解釋截止頻率，不能解釋瞬時性。二、經典理論的困難三、愛因斯坦的光量子假設N為單位時間垂直通過單位面積的光子數(shù)當前20頁，總共34頁。1）一個光子被金屬中的一個自由電子整體吸收

----瞬時性3）愛因斯坦方程表明：4）入射光子能量必須大于逸出功A紅限頻率實驗：3、解釋光電效應2）

I光子數(shù)

N

打出光電子多

im

在確定的光強下I=Nh

打出的最多電子數(shù)就是N

→飽和電流愛因斯坦方程當前21頁，總共34頁。22光的波粒二象性能量質量動量基本關系式粒子性：能量

動量P波動性：波長頻率一些情況下突出顯示波動性，如光的干涉和衍射一些情況下突出顯示粒子性，如光電效應等光具有波粒二象性當前22頁，總共34頁。23四、光電效應的應用光控繼電器、自動控制、自動計數(shù)、自動報警等.光電倍增管放大器接控件機構光光控繼電器示意圖+-AKK1K2K3K4K5當前23頁，總共34頁?？灯疹D效應當前24頁，總共34頁。251、實驗裝置1922-23年康普頓研究了X射線在石墨上的散射晶體

光闌X

射線管探測器X

射線譜儀

石墨體(散射物質)j0散射波長康普頓效應散射角當前25頁，總共34頁。3、實驗規(guī)律

①出現(xiàn)

>

0稱為康普頓散射=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）λ.......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②新波長散射角③散射角，I0，I當前26頁，總共34頁。(1)與散射物質無關,僅與散射角有關實驗表明

輕元素重元素(2)2).對同一散射角，原子量較小的物質散射強度大，但波長改變量（0）相同。

經典電磁理論預言，散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率.經典理論無法解釋波長變化.經典理論的困難當前27頁，總共34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：當前28頁，總共34頁。29

2.

光子與石墨中和原子核束縛很緊的內層電子的碰撞，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.當前29頁，總共34頁。氫原子光譜玻爾的氫原子理論當前30頁，總共34頁。311.原子的核式結構1911盧瑟福核式模型:+-α

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量，電子圍繞這個核旋轉，核的尺寸與整個原子相比是很小的.一、氫原子光譜規(guī)律當前31頁，總共34頁。322.氫原子光譜的規(guī)律式中R：里德堡常數(shù) 氫原子光譜經驗規(guī)律（1885~1908年）巴爾末公式紅藍紫6562.8?4340.5?4861.3?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)里德堡當前32頁，總共34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，