《大学物理下教学课件》量子物理.ppt
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大学物理A(下) ppt课件
线度足够小
1.试验电荷
电量足够小
2.实验
Q
q0 P
•
在电场中： F1 =
q1
F
F2 q2
=
E
场源电荷Q
3.定义
E
F
物理 意义
电子电量
e
带电体电量 q=ne, n=1,2,3,...
电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的
性质，叫作电荷的量子化。电子的电荷e称为
基元电荷，或电荷的量子。
1986年国际推荐值 e 1 .60 12 7 3(4 7 3) 9 1 1 0 C 9
近似值
e1.60 121 0C 9
盖尔—曼提出夸克模型 : 1 e 2 e
F21
k
q1q2 r2
F21k F21
电荷q2对q1的作用力F12 q 1
q2
F12kqr1q22r102
F12
r
r12
0 真空中的电容率（介电常数）
k 1
4 0
08 .8 5 1 1 0 C 22N 1 m 2
讨论：
v F
1
40
q1q2 r2
evr
(1) 静电力：大小、方向、作用点;
5.1 电荷
q3 受的力：
F f1 f2 q 2
对n个点电荷：
r1
F F i1 F iF 2 i.4 1. 0F q. rn 0iq 2i. r i0 ..f1
对电荷连续分布的带电体
dF
q0dq
r0
40r2
FQ4q0d0qr2r0 Q
dq
库仑定律
q1 q 3 r2
f2
教学计划
第五版教材（58+机动2）
1.试验电荷
电量足够小
2.实验
Q
q0 P
•
在电场中： F1 =
q1
F
F2 q2
=
E
场源电荷Q
3.定义
E
F
物理 意义
电子电量
e
带电体电量 q=ne, n=1,2,3,...
电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的
性质，叫作电荷的量子化。电子的电荷e称为
基元电荷，或电荷的量子。
1986年国际推荐值 e 1 .60 12 7 3(4 7 3) 9 1 1 0 C 9
近似值
e1.60 121 0C 9
盖尔—曼提出夸克模型 : 1 e 2 e
F21
k
q1q2 r2
F21k F21
电荷q2对q1的作用力F12 q 1
q2
F12kqr1q22r102
F12
r
r12
0 真空中的电容率（介电常数）
k 1
4 0
08 .8 5 1 1 0 C 22N 1 m 2
讨论：
v F
1
40
q1q2 r2
evr
(1) 静电力：大小、方向、作用点;
5.1 电荷
q3 受的力：
F f1 f2 q 2
对n个点电荷：
r1
F F i1 F iF 2 i.4 1. 0F q. rn 0iq 2i. r i0 ..f1
对电荷连续分布的带电体
dF
q0dq
r0
40r2
FQ4q0d0qr2r0 Q
dq
库仑定律
q1 q 3 r2
f2
教学计划
第五版教材（58+机动2）
2024版《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
大学物理学课件完整ppt全套课件
现代物理学
以相对论和量子力学为代表，揭示了 微观世界和高速运动物体的规律。
经典物理学
以牛顿力学、热力学和电磁学为代表 ，建立了完整的经典物理理论体系。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理
通过学习大学物理课程，使学生掌握物理学的基本概念和基本原理，为
后续专业课程的学习打下基础。
02
气体动理论
气体分子运动论的基本假设
气体由大量分子组成，分子之间存在间隙；分子在永不停息地做无规则运动；分子之间存 在相互作用的引力和斥力。
气体压强与温度的微观解释
气体压强是由大量分子对容器壁的频繁碰撞产生的；温度是分子平均动能的标志。
气体动理论的应用
气体动理论可以解释许多宏观现象，如气体的扩散、热传导等。同时，它也为研究其他物 质的微观结构提供了重要的思路和方法。
物理学的研究方法
观察和实验
01
通过观察自然现象和进行实验研究，获取物理现象的数据和信
息。
数学建模
02
运用数学工具对物理现象进行描述和建模，以便更深入地理解
物理规律。
理论分析
03
通过逻辑推理和演绎，对物理现象进行深入分析，揭示其内在
规律。
物理学的发展历史
古代物理学
以自然哲学为主要形式，探讨宇宙的 本质和构成。
位置矢量的定义、位移的计算、路程与位移 的区别。
02
速度与加速度
平均速度与瞬时速度、平均加速度与瞬时加 速度、速度与加速度的矢量性。
04
03
01
牛顿运动定律
1 2
牛顿第一定律
惯性定律、力的概念、力的性质。
牛顿第二定律
动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律。
《大学物理下》PPT课件
后续课程衔接建议
深入学习量子物理和固体 物理
建议学生继续选修量子物理和固体物理相关 课程，加深对这两个领域的理解和掌握。
拓展应用领域知识
鼓励学生选修与物理应用相关的课程，如材料科学 、光电子学、半导体器件等，以增强实际应用能力 。
培养实验和研究技能
建议学生积极参与物理实验和研究项目，提 高实验技能和独立解决问题的能力。
学科发展趋势预测
跨学科融合
未来物理学将与化学、生物学、材料科学等学科进一步交叉融合，形成新的研究领域和增 长点。
极端条件下的物理研究
随着实验技术的进步，极端条件下的物理现象和规律将成为研究热点，如高温超导、强磁 场物理等。
计算物理与数据科学
随着计算机技术的发展，计算物理和数据科学将在物理研究中发挥越来越重要的作用，为 理论和实验提供有力支持。
04
为后续专业课程学习和 科学研究打下坚实的物 理基础。
教学方法与手段
采用讲授、讨论、演示等多种教学方法相结合的方式进 行授课。
鼓励学生积极参与课堂讨论和思考，提高学生的自主学 习能力和问题解决能力。
通过案例分析、实验演示等手段帮助学生理解和掌握物 理概念和规律。
利用多媒体课件、网络资源等现代化教学手段辅助教学 ，提高教学效果和质量。
原子核的模型
包括液滴模型、壳层模 型等，用于解释原子核 的性质和行为。
放射性衰变类型及规律
1 2
放射性衰变的定义
原子核自发地放出射线并转变为另一种原子核的 现象。
衰变类型
包括α衰变、β衰变、γ衰变等，每种衰变类型有 其特定的规律和特点。
3
衰变规律
遵循指数衰变规律，即放射性原子核的数量随时 间按指数减少。
大学物理 量子物理
大学物理量子物理量子力学是现代物理学中的一个重要分支，它研究微观世界中的物质和能量交互作用的规律。
量子物理理论的提出，对人们认识物质结构和微观世界的认识产生了深远影响。
本文将从量子物理的基本原理、波粒二象性、不确定性原理、量子态和测量等方面介绍量子物理的重要概念和理论。
一、基本原理量子物理的基本原理有两个，即波粒二象性和不确定性原理。
波粒二象性指的是微观粒子既可以表现出粒子性，也可以表现出波动性。
例如，电子和光子具有粒子性，但它们同样也具有波动性质，可以表现出干涉和衍射现象。
这个概念的提出打破了经典物理学中物质和能量的边界，揭示了微观世界的奇妙特性。
不确定性原理是由物理学家海森堡首先提出的，它指出在同一时刻无法准确测量微观粒子的位置和动量。
这意味着，我们无法同时确定粒子的位置和速度，只能获得一定的概率分布。
不确定性原理对于物理学的发展产生了重要的影响，推动了测量技术和观测方法的不断发展。
二、波粒二象性波粒二象性是量子物理的核心概念之一。
根据量子力学的理论，所有物质（如电子、质子、中子）和能量（如光子、声子）都具有波粒二象性。
这意味着微观粒子既可以像波一样传播，又可以像粒子一样进行相互作用。
作为波动粒子，微观粒子具有波长和频率的性质。
其波长与动量存在关系，即德布罗意波长公式λ=h/p，其中λ为波长，h为普朗克常数，p为动量。
这个公式揭示了粒子的波动性质。
作为粒子，微观粒子也具有质量和能量的性质。
粒子的能量以量子的形式存在，即能级跃迁的形式，能量差以光子的形式辐射出来。
三、不确定性原理不确定性原理是量子力学的核心原理之一，它指出在量子系统中，位置和动量的确定性无法同时达到最大。
也就是说，我们不能同时知道一个粒子的位置和动量的确切值，只能知道它们的概率分布。
根据不确定性原理，我们可以利用测量仪器获得一个粒子的位置的近似值，但同时粒子的动量将变得不确定。
反之亦然，如果我们通过测量仪器获得一个粒子的动量的近似值，那么粒子的位置将变得不确定。
大学物理学(下册)(第二版)(李承祖主编)PPT模板
3
费衍射光栅光谱和光
栅分辨本领
第四部分振动波动电磁波和波动光学
第21章波动光学（ⅲ）
21.1光的偏振 态偏振光的获 得
21.4偏振光的 干涉
21.2双折射现 象
*21.5人工双 折射
21.3偏振棱镜 波片圆和椭圆 偏振光的产生 和检验
问题和习题
04
o
n
e
第五部分相对论物理学中的对称性
第五部分相 对论物理学 中的对称性
01
o
n
e
前言
前言
02
o
n
e
第一版前言
第一版前言
03
o
n
e
第四部分振动波动电磁波和波动光学
第四部分振动波动 电磁波和波动光学
06
第21章波动 光学（ⅲ）
01
第16章振动
05
第20章波动 光学（ⅱ）
02
第17章机械 波
04
第19章波动 光学（ⅰ）
03
第18章电磁 波
第四部分振动波动电磁波和波动光学
01 1 7 .1 机 械波的产生 02 1 7 .2 平 面简谐波
和传播
03 1 7 .3 机 械波的能量 04 1 7 .4 惠 更斯原理波
密度和能流
的衍射、反射和折射
05 1 7 .5 波 的相干叠加 06 1 7 .6 多 普勒效应
驻波
第四部分振动波动电磁波和波动光学
第17章机械波
问题和习题
25.1对称性的概念 和描写方法
01
05
02
25.2时空 对称性和物 理量、物理 规律、物理 相互作用
04
03
*25.4动力学对称性
罗益民大学物理之15量子物理基础gPPT课件
1927 年汤姆逊（G·P·Thomson）以600伏慢电子 （=0.5Å）射向铝箔，也得到了像X射线衍射一 样的衍射，再次发现了电子的波动性。
1937年戴维逊与GP汤姆逊共获当年诺贝尔奖 （G·P·Thomson为电子发现人J·J·Thmson的儿子）
1937诺贝尔物理学奖
C.J.戴维孙 通过实验发现晶体 对电子的衍射作用
1929诺贝尔物理学奖
L.V.德布罗意 电子波动性的理论 研究
2. 对物质波的描述
德布罗意提出了物质波的假设： 一切实物粒子(如电子、质子、中子)都与光子
一样, 具有波粒二象性。 运动的实物粒子的能量E、动量p与它相关联的
波的频率 和波长之间满足如下关系：
Em2ch
p m h
德布罗意公式(或假设)
与实物粒子相联系的波称为德布罗意波(或物质波)
练习：设光子与电子的德布罗意波长均为λ，
试比较其动量和能量大小是否相同。
h
p光
pe
h
p光 pe
又
E光
h
hc
Ee mc2
mvc v
2
pc 2 v
c v
hc
c v E光
Ee E光
思考： E ehh u u ch c u cE 光
E eE 光 uc?
m0值：
U
或 12 .3 Å
U
当U=100伏
12.3 U
1.23Å
h 2em0U
二、德布罗意波的实验证明 1.戴维孙 —— 革末实验 1923年 ： 用电子散射实验研究镍原子结构
1925年 ： 偶然事件后实验曲线反常，出现若干 峰值， 当时未和衍射联系起来。 1926年： 了解德布罗意物质波假设
1937年戴维逊与GP汤姆逊共获当年诺贝尔奖 （G·P·Thomson为电子发现人J·J·Thmson的儿子）
1937诺贝尔物理学奖
C.J.戴维孙 通过实验发现晶体 对电子的衍射作用
1929诺贝尔物理学奖
L.V.德布罗意 电子波动性的理论 研究
2. 对物质波的描述
德布罗意提出了物质波的假设： 一切实物粒子(如电子、质子、中子)都与光子
一样, 具有波粒二象性。 运动的实物粒子的能量E、动量p与它相关联的
波的频率 和波长之间满足如下关系：
Em2ch
p m h
德布罗意公式(或假设)
与实物粒子相联系的波称为德布罗意波(或物质波)
练习：设光子与电子的德布罗意波长均为λ，
试比较其动量和能量大小是否相同。
h
p光
pe
h
p光 pe
又
E光
h
hc
Ee mc2
mvc v
2
pc 2 v
c v
hc
c v E光
Ee E光
思考： E ehh u u ch c u cE 光
E eE 光 uc?
m0值：
U
或 12 .3 Å
U
当U=100伏
12.3 U
1.23Å
h 2em0U
二、德布罗意波的实验证明 1.戴维孙 —— 革末实验 1923年 ： 用电子散射实验研究镍原子结构
1925年 ： 偶然事件后实验曲线反常，出现若干 峰值， 当时未和衍射联系起来。 1926年： 了解德布罗意物质波假设
大学物理量子物理基础(stone)
金属来说，只有当入射光的
频率大于某一频率υo时，电 子才能从金属表面逸出，电 路中才有光电流，这个频率 υo叫做截止频率——红限.
0
Ua
红限频率
(3).线性关系：用不同频率的光照射金属K的表面时， 只要入射光的频率大于截止频率，遏止电势差与入射 光频率具有线性关系,即最大初动能与入射光的频率 成正比而与入射光的光强无关.
普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858―1947)
德国物理学家，量子物理学的开创者 和奠基人。 普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论， 1900年12月14日他在德国物理学会上，宣 读了以《关于正常光谱中能量分布定律的 理论》为题的论文，提出了能量的量子化 假设，并导出了黑体辐射的能量分布公式。 这是物理学史上的一次巨大变革。从此结 束了经典物理学一统天下的局面。劳厄称 这一天为“量子论的诞生日”。
1918年普朗克由于创立了量子理论而获 得了诺贝尔奖金。
1.普朗克公式
2hc2 1
M (T) 5
hc
e kT 1
2.普朗克假说
•谐振子的能量可取值只能是某一最小能量单元ε 的整 数倍，即：E=nε , n=1,2,3,....ε叫能量子，n为量子数， 它只取正整数—能量量子化. •对于频率为υ的谐振子，最小能量为:ε=hυ 其中h=6.62610-34 J·s为普朗克常数 结论:谐振子吸收或辐射的能量只能是ε=hυ的整数倍.
里兹组合原理：任一条谱线的波数都等于该元素所固有 的许多光谱项中的两项之差,这是里兹在1908年发现的.
~ 1 T( k ) T( n )
T(k) R k2
T (n)
R n2
R＝1.096776 107m1
大学物理学ppt课件
电势差与电场强度的关系
电势的定义及计算
电势与电势差
01
03 02
静电场与恒定电场
01
静电场中的导体与电介质
02
导体的静电平衡
03
电介质的极化
静电场与恒定电场
01 02 03
恒定电场与电流 欧姆定律与焦耳定律
电流密度与电动势
恒定磁场与电磁感应
磁感应强度与磁场力
磁场对电流的作用力
磁感应强度的定义及 计算
动量与冲量的定义及性质
动量守恒定律的条件与表 达式
动量定理的推导与应用
碰撞问题中的动量守恒定 律
角动量定理与角动量守恒定律
角动量与力矩的定义及 性质
角动量守恒定律的条件 与表达式
01
02
03
角动量定理的推导与应 用
04
刚体定轴转动中的角动 量守恒定律
功、能、机械能守恒定律
功的定义及计算方法
机械能守恒定律的条件与表 达式
热力学第一定律
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或 其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不 变。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统与外 界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
现状
当代物理学正在探索宇宙起源、物质 反物质不对称、暗物质与暗能量等前 沿问题，同时也在发展新的理论和实 验技术。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理，理解物理现象的本 质和规律。
02
培养分析和解决物理问题的能力，掌握物理学的研究方 法和实验技能。
第13章 量子物理基础《大学物理(下册)》教学课件
13.1 热辐射 普朗克的能量子假说
图13-2
13.1 热辐射 普朗克的能量子假说
1. 斯特藩-玻尔兹曼定律
在图13-2中，每一条曲线都反映了一定温度下，黑体的单色
辐出度MBλ（T）随波长λ的分布情况.每一条单色辐出度曲线与横坐 标轴所夹部分的面积都等于该温度下黑体的总辐出度，即
W（T）=∫∞0MBλ（T）dλ
13.1 热辐射 普朗克的能量子假说
在1870年开始的普法战争中，普鲁士（后来的德国） 打败了法国，得到了50亿法郎的巨额战争赔款，并接收了 法国割让的两个富含铁矿的大省——阿尔萨斯和洛林.普 鲁士为了更好地利用这笔巨款和这两省的钢铁资源，使自 己成为工业强国，大力发展高温炼钢技术与热辐射测温技 术，从而促进了对黑体辐射问题的研究，也打开了通往量 子理论的大门，使物理学进入了一个新的革命时期.
13.1 热辐射 普朗克的能量子假说
单色辐出度的单位为瓦/米3，符号W/m3.物 体的单色辐出度是温度T及所选定的波长λ的函数. 在一定的温度下，Mλ（T）随辐射波长λ的变化而 变化，当物体的温度升高时，Mλ（T 大.另外，当物体的材料和表面情况（如粗糙程度） 不同时，Mλ（T）的大小也不相同.单色辐出度反 映了在不同温度下的辐射能按波长分布的情况.
13.1 热辐射 普朗克的能量子假说
13.1.2 黑体热辐射的实验定律和经典理论的困难
对黑体热辐射的研究是热辐射中最重要的课题.实 验表明，黑体的单色辐出度MBλ（T）仅与温度T和波长 λ有关，与黑体的材料和表面的情况无关.图13-2是在 不同温度下实测的黑体单色辐出度MBλ（T）随波长λ和 温度T变化的曲线图.根据这些实验曲线，可以得出下述 有关黑体辐射的两条普遍定律.
13.1 热辐射 普朗克的能量子假说
大学物理下课件.ppt
第一章 静止电荷的电场 (Electric Field of Static Charges)
库仑定律与叠加原理 电场强度 内容： 电场线与电通量 高斯定律及其应用
§1.1 电荷(Electric Charge) ——物质的一种属性
1.电荷的性质 ⑴只有两种类型——正与负 ⑵量子性——q是基本单元的整数倍 实验: e=1.60210-19 C 基本单元 理论: e/3, 2e/3(夸克quark)
e.g. 质子 p=2(2e/3)+1(-e/3)
上夸克 下夸克 中子 n=1(2e/3)+2(-e/3)
⑶守恒性
——在任何相互作用过程中,q保持不变
e.g.
聚变反应：12 H
ห้องสมุดไป่ตู้3 1
H
4 2
He
01n
正负电子湮灭：1e 1e 2
(Positron Annihilation Technique)
q1 q2
qi
q0 Fi F
qN
实验确定：
F Fi
物理本质:两个电荷 之间的作用力不因 其它电荷的存在而 改变.
Note: 库仑定律＋电力叠加原理＝静电学的 实验基础
§1.4 电场强度(Electric Field)
M.Faraday(1791-1867)
念
q1 E1 q2
E2
“场”的概
电场——一种物质(场物质)
q S S
则有
e
E dS S
SE dS
q
0
③闭曲面: 未包围q的任意闭曲面S
q
则有 e
E dS
S
S
0
综上，对于q的电场中任意闭曲面S，有
大学物理学(下册)第15章 量子物理基础
2020/12/10
5、爱因斯坦的光子假说和光电效应方程
1）.爱因斯坦光子假设 ①.光是一束以光速c运动的粒子流，这些粒子称为光子；
②.光子的能量： h
③.光的强度： SNh
2）.爱因斯坦光电效应方程
爱因斯坦认为：在光电效应中，金属中的电子吸收
一个光子的能量h，一部分消耗在使金属中电子挣脱原子
2020/12/10
2. 普朗克理论与经典理论不同
经典理论的基本观点
普朗克能量子假设
（1）电磁波辐射来源于 带电粒子的振动，电磁波 频率与带电粒子振动频率 相同。 （2）振子辐射电磁波含 各种波长，是连续的，辐 射能量也是连续的。
对于频率为的振子，
振子辐射的能量不是 连续的，而是分立的， 它的取值是某一最小 能量 的整数倍
出的、在波长 附近单位波长间隔内的能量。称为单色辐
射出射度或单色辐出度。
M(T)
dM(T)
d
单位： W / m 3
2020/12/10
温度为 T 的物体，在单位时间内，从单位面积上所辐射
出的各种波长的电磁波的能量总和。称为辐射出射度或辐
出度。
M(T) 0M(T)d
单位： W / m 2
太阳和钨丝的单色 辐出度曲线
即：光电子的最大初动能与入射光的强度成正比关系，而 与光的频率无关。与实验结果不符。
2020/12/10
红限问题
按上述理论,无论何种频率的入射光,只要其强 度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属，不 存在红限问题。与实验结果不符。
驰豫时间
按上述理论,如果入射光强很弱，则电子逸出金 属所需的能量，需要有一定的时间来积累。与实验结 果不符。
光的波动性用光波的波长 和频率 描述，光
5、爱因斯坦的光子假说和光电效应方程
1）.爱因斯坦光子假设 ①.光是一束以光速c运动的粒子流，这些粒子称为光子；
②.光子的能量： h
③.光的强度： SNh
2）.爱因斯坦光电效应方程
爱因斯坦认为：在光电效应中，金属中的电子吸收
一个光子的能量h，一部分消耗在使金属中电子挣脱原子
2020/12/10
2. 普朗克理论与经典理论不同
经典理论的基本观点
普朗克能量子假设
（1）电磁波辐射来源于 带电粒子的振动，电磁波 频率与带电粒子振动频率 相同。 （2）振子辐射电磁波含 各种波长，是连续的，辐 射能量也是连续的。
对于频率为的振子，
振子辐射的能量不是 连续的，而是分立的， 它的取值是某一最小 能量 的整数倍
出的、在波长 附近单位波长间隔内的能量。称为单色辐
射出射度或单色辐出度。
M(T)
dM(T)
d
单位： W / m 3
2020/12/10
温度为 T 的物体，在单位时间内，从单位面积上所辐射
出的各种波长的电磁波的能量总和。称为辐射出射度或辐
出度。
M(T) 0M(T)d
单位： W / m 2
太阳和钨丝的单色 辐出度曲线
即：光电子的最大初动能与入射光的强度成正比关系，而 与光的频率无关。与实验结果不符。
2020/12/10
红限问题
按上述理论,无论何种频率的入射光,只要其强 度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属，不 存在红限问题。与实验结果不符。
驰豫时间
按上述理论,如果入射光强很弱，则电子逸出金 属所需的能量，需要有一定的时间来积累。与实验结 果不符。
光的波动性用光波的波长 和频率 描述，光
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温标的选择
在热力学中，常用的温标有摄氏 温标、华氏温标和热力学温标。 其中，热力学温标以绝对零度为 起点，与热量传递的方向无关， 因此更为科学。
热力学第一定律
01
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能 或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保 持不变。
02
质点运动的描述
01 位置矢量与位移
02
位置矢量描述质点在空间中的位置，位移是质点位置
的变化量
03
位移是矢量，具有大小和方向，其方向与从初位置指
向末位置的有向线段一致
质点运动的描述
速度与加速度 速度是质点运动的快慢程度，加速度是速度变化的快慢程度 速度和加速度都是矢量，具有大小和方向
圆周运动
圆周运动的描述
能量守恒定律
能量守恒定律的表述
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从 一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。
能量守恒定律的适用范围
无论是宏观世界还是微观世界，无论是低速运动还是高速运动，能量守恒定律都适用。
能量守恒定律的数学表达式
ΔE = W + Q，其中ΔE表示系统内能的增量，W表示外界对系统做的功，Q表示系统吸 收的热量。
通过牛顿运动定律可以预测物体 在受力后的运动状态，为物理学 研究提供基础。
非惯性系中的力学问题
01
非惯性系定义
02
惯性力概念
相对于地面做加速或减速运动的参考 系称为非惯性系。
在非惯性系中，为了解释物体的运动 ，需要引入一种假想的力，即惯性力 。
03
非惯性系中牛顿运动 定律的应用
在非惯性系中，牛顿运动定律仍然适 用，但需要考虑惯性力的影响。例如 ，在旋转的参考系中，物体受到的惯 性力会导致其偏离原来的运动轨迹。
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1 爱因斯坦光子理论
量子物理
一束光是一束以光速c运动的粒子流，称为光量子 （现称为光子）。
每一光子的能量是 h
普郎克常量 h 6.6261034J s
单色光的能流密度为
S Nh
哈尔滨工程大学理学院
m
c2
h
c2
p mc
h
c
h
根据能量守恒定律
量子物理
h
1 2
mvm2
A
爱因斯坦光电效应方程
A为电子从金属表面逸出时所需的逸出功。
解：当光子与电子正碰而折回时，能量损失最大，
这时光子的波长为：
0
2h m0c
能量为： E hc
hc
hc
0 2h /(m0c) hc / 2h /(m0c)
E0 m0 c 2 m0c2 2E0
电子获得的动能：
哈尔滨工程大学理学院
Ee E0 E 62 eV
量子物理
例3 康普顿散射中，入射光的波长为0.003nm，反冲电子 速度为0.6c。求：散射光的波长及散射角。
2h m0c
sin 2
2
2C
sin 2
2
C
h m0c
2.43 10 12 m
电子的康普顿波长
波长的偏移与散射物质以及入射光的波长无关， 仅决定于散射角。
哈尔滨工程大学理学院
量子物理
例碰1撞,波在长与入0 射 1角.0成0 9100角-10的m方的向X射上线观与察静, 问止的自由电子
（1）散射波长的改变量 为多少？
电子的能量为：
E ( pc)2 (m0c2 )2 5.12105eV
光子的能量为：
E pc 6.19 103eV
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量子物理
5 不确定度关系
微观粒子具有明显的波性，在某位置上以一定的概率 出现。粒子的位置不确定，但基本上出现在某区域， 具有位置的不确定度。
自由粒子的物质波，不是单色波，波长有一定的范围， 使粒子的动量变得不确定，具有动量的不确定度。
xpx 2 , ypy 2 , zpz 2
微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。 粒子位置的不确定度越小，动量的不确定度就越大。
哈尔滨工程大学理学院
量子物理
例如：子弹质量为0.01kg，枪口直径为0.5cm，
子弹射出枪口时，横向速度的不确定度
vx
2mx
布拉开系 -0.85eV 帕邢系
-1.51eV
巴耳末系
-3.39eV
莱曼系
1 E1 ( 1 1 ) R( 1 1 )
hc k 2 n2
k2 n2
k 1,2,3,, n k 1, k 2, k 3,
-13.6eV
量子物理
例、氢原子发射一条波长为=434nm的谱线。 问：1.该谱线属于哪一线系？ 2.氢原子是从哪一能级跃迁到哪一能级 辐射出该谱线？ 3.最高能级为E5的大量氢原子最多能发 射几个谱系？几条谱线？
解： 1. =434nm属于可见光，巴耳末系。 2.氢原子是从5能级跃迁到2能级辐射的谱线。 3.最高能级为E5的大量氢原子最多能发 射4个谱系；10条谱线。
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4 德布罗意波 对于实物粒子，
E mc 2 h
p mv h
量子物理
该粒子的德布罗意波（物质波），波长为
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解
Ek 2m0c2
E E0 Ek 3m0c2
E 2 E02 p2c2
p2c2 8m02c4
p 2 2m0c
h / p 8.58103 A
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量子物理
例2 电子与光子各具有波长0.20nm，它们 的动量和能量各是多少？
解 电子与光子的动量都为：
p h 3.201024 kg m/s
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2 康普顿散射
量子物理
哈尔滨工程大学理学院
光子 0
y
电子 x
量子物理
y
光子
x
电子
自由电子开始时处于静止状态。
hv0 m0c2 h mc 2 能量守恒定律
mv
h 0
c
e0
h
c
e
动量守恒定律
m m0 (1 v2 / c2 )1/ 2
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量子物理
0
由：
0
2h m0c
sin 2
2
得
sin2 0.2683
2
62.40
哈尔滨工程大学理学院
量子物理
3 玻尔氢原子理论 定态假设。原子系统只能处在一系列不连续的能量状态， 电子绕核运动，不辐射电磁波。这些状态称为原子系统 的稳定状态，并具有相应的能量。
量子化条件。这些定态下，电子的角动量必须满足：
解：由已知，入射光子的能量 0 hc / 0 ，散射光子 的能量 hc /
电子获得的动能为 EK 0
而由相对论： EK mc2 m0c2
0
( hc
0
hc)
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m0c2 1u2 / c2
m0c2
量子物理
1 0 (
h
0
0.0043 nm
1 1u2 / c2
1)m0 c
（2）光子的能量损失了多少？ （3）反冲电子获得多少动能？
解（1）
2C
s in 2
2
C 2.431012 m
（2） 光子的能量损失
Ek
hc
0
hc
295
eV
（3） 反冲电子的动能＝光子的能量损失
哈尔滨工程大学理学院
量子物理
例2 一能量为4.0×103eV的光子与一个静止 电子碰撞后，电子能获得的最大动能是多少？
氢原子系统具有量子化的能量值（能级）
En
E1 n2
n 1,2,3,
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E1 13.6 eV 基态能级
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n=4 n=3 n=2 n=1
r =r1 r =4r1 r =9r1 r =16r1
量子物理
莱曼系 巴耳末系
帕邢系
量子物理
65 4 3 2
1
哈尔滨工程大学理学院
h h h
p mv m0v
1
v2 c2
如v c, h
m0v
电子经电场加速后：
1 2
m0v 2
eU
量子物理
v 2eU m0
h 1 1.225 nm
2em0 U
U
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量子物理
电子束穿过晶体薄片的衍射
D
P
K
U
M
电子双缝干涉
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量子物理
例1 假设电子运动的速度可与光速相比拟，则当 电子的动能等于其静止能量 2 倍时，其德布 罗意波长是多少？（m0=9.11×10-31kg)
L n h , 量子数n 1,2,3, 2π
频率条件。当原子从一个定态跃迁到另一定态时，
发射或吸收一个光子。
kn
En Ek h
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原子中第n个稳定轨道的半径
rn n2r1 n 1,2,3,
量子物理
r1 0.529 1010 m 玻尔半径
电子在第n个稳定轨道上运动时，
量子物理
一束光是一束以光速c运动的粒子流，称为光量子 （现称为光子）。
每一光子的能量是 h
普郎克常量 h 6.6261034J s
单色光的能流密度为
S Nh
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m
c2
h
c2
p mc
h
c
h
根据能量守恒定律
量子物理
h
1 2
mvm2
A
爱因斯坦光电效应方程
A为电子从金属表面逸出时所需的逸出功。
解：当光子与电子正碰而折回时，能量损失最大，
这时光子的波长为：
0
2h m0c
能量为： E hc
hc
hc
0 2h /(m0c) hc / 2h /(m0c)
E0 m0 c 2 m0c2 2E0
电子获得的动能：
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Ee E0 E 62 eV
量子物理
例3 康普顿散射中，入射光的波长为0.003nm，反冲电子 速度为0.6c。求：散射光的波长及散射角。
2h m0c
sin 2
2
2C
sin 2
2
C
h m0c
2.43 10 12 m
电子的康普顿波长
波长的偏移与散射物质以及入射光的波长无关， 仅决定于散射角。
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量子物理
例碰1撞,波在长与入0 射 1角.0成0 9100角-10的m方的向X射上线观与察静, 问止的自由电子
（1）散射波长的改变量 为多少？
电子的能量为：
E ( pc)2 (m0c2 )2 5.12105eV
光子的能量为：
E pc 6.19 103eV
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量子物理
5 不确定度关系
微观粒子具有明显的波性，在某位置上以一定的概率 出现。粒子的位置不确定，但基本上出现在某区域， 具有位置的不确定度。
自由粒子的物质波，不是单色波，波长有一定的范围， 使粒子的动量变得不确定，具有动量的不确定度。
xpx 2 , ypy 2 , zpz 2
微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。 粒子位置的不确定度越小，动量的不确定度就越大。
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量子物理
例如：子弹质量为0.01kg，枪口直径为0.5cm，
子弹射出枪口时，横向速度的不确定度
vx
2mx
布拉开系 -0.85eV 帕邢系
-1.51eV
巴耳末系
-3.39eV
莱曼系
1 E1 ( 1 1 ) R( 1 1 )
hc k 2 n2
k2 n2
k 1,2,3,, n k 1, k 2, k 3,
-13.6eV
量子物理
例、氢原子发射一条波长为=434nm的谱线。 问：1.该谱线属于哪一线系？ 2.氢原子是从哪一能级跃迁到哪一能级 辐射出该谱线？ 3.最高能级为E5的大量氢原子最多能发 射几个谱系？几条谱线？
解： 1. =434nm属于可见光，巴耳末系。 2.氢原子是从5能级跃迁到2能级辐射的谱线。 3.最高能级为E5的大量氢原子最多能发 射4个谱系；10条谱线。
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4 德布罗意波 对于实物粒子，
E mc 2 h
p mv h
量子物理
该粒子的德布罗意波（物质波），波长为
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解
Ek 2m0c2
E E0 Ek 3m0c2
E 2 E02 p2c2
p2c2 8m02c4
p 2 2m0c
h / p 8.58103 A
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量子物理
例2 电子与光子各具有波长0.20nm，它们 的动量和能量各是多少？
解 电子与光子的动量都为：
p h 3.201024 kg m/s
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2 康普顿散射
量子物理
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光子 0
y
电子 x
量子物理
y
光子
x
电子
自由电子开始时处于静止状态。
hv0 m0c2 h mc 2 能量守恒定律
mv
h 0
c
e0
h
c
e
动量守恒定律
m m0 (1 v2 / c2 )1/ 2
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0
由：
0
2h m0c
sin 2
2
得
sin2 0.2683
2
62.40
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3 玻尔氢原子理论 定态假设。原子系统只能处在一系列不连续的能量状态， 电子绕核运动，不辐射电磁波。这些状态称为原子系统 的稳定状态，并具有相应的能量。
量子化条件。这些定态下，电子的角动量必须满足：
解：由已知，入射光子的能量 0 hc / 0 ，散射光子 的能量 hc /
电子获得的动能为 EK 0
而由相对论： EK mc2 m0c2
0
( hc
0
hc)
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m0c2 1u2 / c2
m0c2
量子物理
1 0 (
h
0
0.0043 nm
1 1u2 / c2
1)m0 c
（2）光子的能量损失了多少？ （3）反冲电子获得多少动能？
解（1）
2C
s in 2
2
C 2.431012 m
（2） 光子的能量损失
Ek
hc
0
hc
295
eV
（3） 反冲电子的动能＝光子的能量损失
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量子物理
例2 一能量为4.0×103eV的光子与一个静止 电子碰撞后，电子能获得的最大动能是多少？
氢原子系统具有量子化的能量值（能级）
En
E1 n2
n 1,2,3,
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E1 13.6 eV 基态能级
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n=4 n=3 n=2 n=1
r =r1 r =4r1 r =9r1 r =16r1
量子物理
莱曼系 巴耳末系
帕邢系
量子物理
65 4 3 2
1
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h h h
p mv m0v
1
v2 c2
如v c, h
m0v
电子经电场加速后：
1 2
m0v 2
eU
量子物理
v 2eU m0
h 1 1.225 nm
2em0 U
U
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量子物理
电子束穿过晶体薄片的衍射
D
P
K
U
M
电子双缝干涉
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量子物理
例1 假设电子运动的速度可与光速相比拟，则当 电子的动能等于其静止能量 2 倍时，其德布 罗意波长是多少？（m0=9.11×10-31kg)
L n h , 量子数n 1,2,3, 2π
频率条件。当原子从一个定态跃迁到另一定态时，
发射或吸收一个光子。
kn
En Ek h
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原子中第n个稳定轨道的半径
rn n2r1 n 1,2,3,
量子物理
r1 0.529 1010 m 玻尔半径
电子在第n个稳定轨道上运动时，