量子力学基础－大学物理基础课件

量子力学基础－大学物理基础课件内容摘要：

量子力学基础－大学物理基础课件 第十八章早期量子论和量子力学基础人向往。 1900年 普朗克在确立黑体辐射定律的过程中提出能量量子化的假说，揭开了本世纪 物理学革命 的序幕，为物理学找到了一个新的概念基础。 1905年 爱因斯坦提出了光量子假说，进一步发展了普朗克能量量子化的思想。 1913年 玻尔创造性地把量子概念应用到卢瑟福的原子模型，建立了氢原子理论，说明了氢光谱线。 微观世界，更本质一点。 At is is is to be in at If by of 18朗克的量子假设一、热辐射 (现象* 根据经典电磁理论，带电粒子的加速运动将向外辐射电磁波。 * 一切物体都以电磁波的形式向外辐射能量。 * 在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量，即单位面积上的辐射功率，称为该物体的 辐出度 ( 用 E 表示。 * 物体的辐出度与其温度有关，故将这种辐射称为 热辐射。 高空飞机彩色红外照片高空飞机自然彩色照片 * 这种 电磁波形式的辐射能量按波长分布是不均匀的。 锶 长 l l+围内的能量为 (单色辐出度0d),()( 物体辐射能量的同时，又吸收周围其它物体的辐射能量。 当辐射能量等于吸收能量时，其温度不变 平衡热辐射* 一个好的吸收体，也一定是一个好的辐射体。 绝对黑体 (体模型能全部吸收所有波长的入射辐射能，即无反射，吸收率为 1 体辐射的实验定律0 1 2 3 4 5 6),(0 斯忒潘 波尔兹曼定律 0 ()E T T斯忒藩常量 8 2 45 . 6 7 1 0 W m K 2. 维恩 (移 定律m 108 9 当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向短波方向移动。 验测得太阳辐射谱的峰值为 490 将太阳视为黑体，试计算太阳的辐射功率和地球每秒内接收到的太阳能。 （已知太阳半径 R = 108 m ， 地球半径 r = 106 m ， 日地距离 d = 1011 m ）解 由维恩位移定律计算太阳表面温度K 0108 9 93m忒潘 波尔兹曼定律得2743840m ) 2620 这功率分布在以太阳为中心，以日地距离 d 为半径的球面上，72 题 （ 1）若物体温度为 20 ，求其辐射谱的峰值波长。 （ 2）若峰值波长 l = 650 求对应的温度。 （ 3）求这两个温度下物体辐射功率之比。 解 （ 1） 8 9 1202 7 3108 9 m 2） 733）4414212 典理论的困难1. 维恩公式( 510l),(0 Te 瑞利 金斯 (式0 2),( l 金斯线l),(0 Te 1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。 （ 2）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。 （ 3）温度升高，振子振动加强，辐射能增大。 四、普朗克量子假说1. 普朗克 (式1(520 金斯线l),(0 Te 朗克线1(520 10 2),( l( 5102. 能量子假说1900年 12月 14日，柏林科学院正常光谱中能量分布律的理论1918年获诺贝尔物理学奖辐射黑体中分子、原子的振动可看作线性谐振子，它和周围电磁场交换能量。 这些谐振子只能处于某种 特殊的状态 ，它的能量取值只能为 某一最小能量的整数倍。 4 h001e 220 2222( , ) 1(520l“我当时打算将基本作用量子 h 归并到经典理论范畴中去，但这个常数对所有这种企图的回答都是无情的”§ 18光电效应 爱因斯坦光子理论一、光电效应(. 光电效应是瞬时发生的，响应时间为 10-9 需时间积累”2. 入射光频率一定时，饱和光电流与入射光光强成正比，但反向截止电压与入射光光强无关。 3. 反向截止电压与入射光频率成线性关系。 V向截止电压反映光电子的初动能2经典理论认为光电子的初动能应决定于入射光的光强，而不决定于光的频率。 4、存在一个“截止频率”（ 红限频率 o ）当入射光的频率小于红限频率时，无论光强多大，也不会产生光电效应。 二、爱因斯坦的光子理论电磁辐射是由以光速 子 h对光电效应实验规律的解释1. 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间上的累积过程。 2. 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以饱和光电流也大。 3. 入射光子能量 = 逸出功 + 光电子初动能2因而光电子初动能和入射光的 频率成线性关系4. 红限频率对应光电子初动能等于 0 ) =t a 的光电效应的红限波长为 620 求（ 1）钾电子的逸出功；（ 2）在 l = 300 紫外线照射下，钾的截止电压为多少。 3 4 80 9196 . 6 3 1 0 3 1 06 2 0 1 03 . 2 1 1 0 l 解 2212 . 1 4 31 . 2 4 1 0 e V n 1. 两个相同的物体 A、 B ， 温度相同，若 A 的温度低于环境温度，而 B 高于环境温度，则 A、 B 在单位时间内辐射的能量应满足 :（ A） （ B）（ C） （ D） 不能确定P P P 选择题2. 某金属表面被蓝光照射时有光电子逸出，若增加蓝光的强度，则（ A） 单位时间内逸出的光电子数增加；（ B） 逸出的光电子的初动能增加；（ C） 光电效应的红限频率变小；（ D） 发射光电子所需的时间缩短。 3. 图中直线表示某金属光电效应实验中光电子初动能与入射光频率的关系，则图中表示该金属的逸出功的线段是（ A） B） C） D） OD 黑体是否就是黑色物体。 绝对黑体是否在任何温度下都是黑色的。 2. 人体热辐射的各种波长中，对应哪个波长的单色辐出度最大。 3. 若一物体的绝对温度增加一倍，它的总辐射能增加到原来的多少倍。 4. 在光电效应实验中，分别改变入射光的光强和改变入射光的频率，其结果有何不同。 为什么不同。 § 18普顿效应 (s 墨x 光管00散射光谱中除有波长 射线外（瑞利散射）还有 l > 射线（ 康普顿散射 ）摄谱仪1927年诺贝尔奖00l 450l l90135l 随散射角 的增大而增加，且新谱线的相对强度也增大。 2. 相同散射角下， l 与散射物质、原波长 无关。 3. 原子量越小的物质，康普顿效应越显著。 经典理论 无法解释 康普顿效应根据经典电磁波理论，在光场中作受迫振动的带电粒子，辐射的散射光的频率应等于入射光的频率。 且因电磁波是横波，在 = 90° 的方向应无散射。 光子论的解释此过程是光子与电子发生相互作用，两粒子的碰撞是 完全弹性碰撞 ，即满足 动量守恒和能量守恒。 当光子与外层电子相互作用时， 一个电子吸收一个入射光子，发射一个能量略小的散射光子。 （ 因为电子被反冲而获得一定的动量和能量）当光子与紧束缚的内层电子相互作用时，散射光子的能量不变。 （ 因电子质量远小于原子质量）对于原子量小的物质，因其外层电子（看成自由电子）的相对比例高，故其康普顿效应显著。 因为是光子和电子的相互作用，所以 l 与散射物质无关，而与散射角有关。 康普顿效应的 定量分析0ls e222002220 1)(c 2202001c o 0 2 i c0因为康普顿波长比可见光波长小得多，所以可见光的散射主要是瑞利散射。