第24章量子理论的起源PPT课件
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量子理论诞生普朗克爱因斯坦相对论建立PPT课件
3、意义
我之所以 能比别人看得远 些，是因为我站在 巨人们的肩上。
——牛顿
英国著名诗人波普曾写过一首赞美牛顿的诗： 自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。 上帝说：“让牛顿去吧!” 于是，一切成为光明。
3、意义
（1）完成了人类对自然界认识 史上的第一次理论大综合。
（2）牛顿力学体系在理论上达到相 当完备的程度，并在科学实验中得到
是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王 星的引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质 量。1848年9月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚， 用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行 星—海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。 牛顿力学又创造了新的奇迹。
2、内容：相对论
狭义相对论
创立
1905年《论动体 的电动力学》
广义相对论
1916年
内容
（1）时间和空间都 与物质运动有关；
（2）时间和空间随
着物质运动的速度
的变化而变化
（1）物质存在的现实空间 是弯曲的 （2）空间结构取决于物 质的质量和分布情况 （3）空间弯曲的程度体 现为引力场强度
意义 打破绝对时间和绝 对空间，是对牛顿 力学的继承和发展
其温度之间的定量关系；
②德国普朗克：1900年在《关于正常光谱能量分布定律 的理论》中提出量子概念。标志着量子理论的诞生。
（2）发展
（1）德国爱因斯坦：1905年解释光电效应，得出 了光具有波粒二象性的结论； （2）法国德布罗意：1923年提出物质波理论；
（3）奥、德物理学家：建立量子力学。
（3）意义
——引自《科学简史》
1、光学：牛顿发现了日光是由不 同的颜色即不同波长的光构成的， 奠定了光谱分析的基础，制作了 牛顿色盘。他在1704年出版了 《光学》一书，创立了光的“微 粒说”。 2、热学：确定了冷却定律。 3、数学：与莱布尼兹几乎同时创 立了微积分学，同时，建立了二 项式定理。 4、天文学：1671年创制了反射望 远镜，初步考察了行星的运动规 律；解释潮汐现象，并预言地球
《量子论初步》课件
THANK YOU
汇报人：PPT
量子密码学
量子密钥分发：利 用量子力学原理实 现密钥分发，确保 通信安全
量子加密通信：利 用量子密钥加密通 信，确保通信内容 不被窃听
量子安全认证：利 用量子密钥进行身 份认证，确保身份 真实性
量子安全存储：利 用量子密钥进行数 据存储，确保数据 安全
量子传感器和量子成像
量子传感器：利用量子效应进行高精度测量，如磁场、温度、压力等
1926年，薛定谔提出波动力学，量子论 得到进一步完善
1913年，玻尔提出原子模型，量子论开 始形成
1927年，狄拉克提出相对论量子力学， 量子论进入新阶段
量子论的发展历程
1900年，普朗克提出量子论的雏形，提出能量量子化概念 1913年，玻尔提出玻尔模型，解释氢原子光谱 1925年，海森堡提出不确定性原理，量子力学的基本原理之一 1926年，薛定谔提出薛定谔方程，量子力学的基本方程之一 1927年，玻尔提出互补原理，量子力学的基本原理之一 1930年，狄拉克提出狄拉克方程，描述电子的运动和自旋
量子论初步
汇报人：PPT
单击输入目录标题 量子论的背景和历史 量子论的基本概念 量子论的实验验证 量子论的应用前景 量子论的哲学思考
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量子论的背景和历史
量子论的起源
1900年，普朗克提出量子概念，量子论 开始萌芽
1925年，海森堡提出不确定性原理，量 子论进入成熟阶段
1905年，爱因斯坦提出光量子假说，量 子论得到进一步发展
量子成像：利用量子效应进行高分辨率成像，如医学成像、遥感成像等 量子通信：利用量子效应进行安全通信，如量子密钥分发、量子隐形传 态等 量子计算：利用量子效应进行高效计算，如量子模拟、量子优化等
教科版高中物理选修(3-5)4.1《量子概念的诞生》ppt教学课件
图4-1-4 小圆代表实验值，曲线是根据 普朗克的公式作出的．
自主学习 名师解疑 分类例析
量子化现象 在宏观世界里，一个物理量的取值通常是连续的，但在微观世
界里，物理量的取值多是不连续的，只能取一些分立的值，物
理量分立取值的现象称量子化现象，量子化理论成为新物理学 思想的基石之一．
自主学习
名师解疑
自主学习
名师解疑
分类例析
【变式1】
下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有
( A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．黑体热辐射的强度与波长无关 )．
D．黑体辐射无任何实验
解析 黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都
对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了 革命性的影响．普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现 了微观世界的基本特征．
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分类例析
一、黑体辐射及其实验规律 对黑体的理解
(1)如果某种物体在任何温度下都能够完全吸收入射的各种电磁
波而不发生反射，这种物体就是黑体．所谓“黑体”是指能够 全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体，绝对的黑体实际上 是不存在的．
(1)黑体辐射的实验规律如图4-1-2所示，揭示了黑体辐射强度按
波长分布的情况： ①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加． ②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移 动．
图4-1-2
自主学习 名师解疑 分类例析
(2)黑体辐射实验规律的理论解释：
经典物理学认为，物体中存在着不停运动的带电微粒，每个带电
自主学习
名师解疑
分类例析
量子概念的诞生--(共22张)PPT课件
• B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温 度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
• C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温 度有关，与材料的种类及表面状况无关
• D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入 小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终 不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
2021
2
二、普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的 历史意义
1．能量子：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸 收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的 __整__数__倍__．_即：能的辐射或者吸收只能是一份一份 的．这个不可再分的最小能量值ε叫做_能__量__子__．___
2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率， h称为普朗克常量．h＝____6_.6_3_×__1_0_－__34J·s
2021
6
钢水
低温物体发出的是 红外光，
炽热物体发出的是 可见光，
高温物体发出的是 紫外光。
2021
7
运动时人 体各部分 温度分布
头部各部分温度不同， 它们的热辐射存在差异， 这种差异可通过热象仪 转换成可见光图像。
2021
8
红外夜视图
2021
9
2. 对热辐射的初步认识
(1) 任何物体任何温度均存在热辐射； (2) 热辐射谱是连续谱； (3) 热辐射谱与温度有关：
2021
22
普朗克假设： 普朗克认为：金属空腔中的电子振动可视为一维谐 振子，这些谐振子辐射电磁波，也从周围电磁场中 吸收能量。谐振子的能量不能连续变化，只能取一 系列分立的值，其最小的能量称为能量子，与频率
成正比，即 h。
谐振子辐射和吸收的能量只能是的 h 整数倍。
• C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温 度有关，与材料的种类及表面状况无关
• D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入 小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终 不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
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二、普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的 历史意义
1．能量子：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸 收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的 __整__数__倍__．_即：能的辐射或者吸收只能是一份一份 的．这个不可再分的最小能量值ε叫做_能__量__子__．___
2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率， h称为普朗克常量．h＝____6_.6_3_×__1_0_－__34J·s
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钢水
低温物体发出的是 红外光，
炽热物体发出的是 可见光，
高温物体发出的是 紫外光。
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运动时人 体各部分 温度分布
头部各部分温度不同， 它们的热辐射存在差异， 这种差异可通过热象仪 转换成可见光图像。
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红外夜视图
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2. 对热辐射的初步认识
(1) 任何物体任何温度均存在热辐射； (2) 热辐射谱是连续谱； (3) 热辐射谱与温度有关：
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普朗克假设： 普朗克认为：金属空腔中的电子振动可视为一维谐 振子，这些谐振子辐射电磁波，也从周围电磁场中 吸收能量。谐振子的能量不能连续变化，只能取一 系列分立的值，其最小的能量称为能量子，与频率
成正比，即 h。
谐振子辐射和吸收的能量只能是的 h 整数倍。
量子理论的起源
▲原子光谱的特点
1. 一定元素的原子光谱包含了完全确定的波长成分,不同元素的 光谱成分各不相同;
2. 每种元素的原子光谱中谱线按一定规律排列,组成线系.
二. 氢原子光谱的经验公式
▲里德伯公式
▲可见光波段 (巴尔末系)
— 里德伯常量
▲氢原子线系
赖曼系，紫外区 巴尔末系，可见光区 帕邢系，红外区 布拉开系，红外区 普丰德系，红外区 汉弗莱系，红外区 汉森与斯特朗，红外区
量子理论的起源
24.1 黑体辐射和普朗克的量子假设
一. 热辐射
任何物体在任何温度下都在向外发射电 磁波，这种由于物体中的分子、原子受 到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 所辐射电磁波的特征仅与温度有关。
物体随温度升高时的颜色变化
T
▲影响物体热辐射的因素
(1). 材料 同一温度下,不同材料的物体有不同的热辐射;
负,U减小到某一定值Ua时,光电流为零; 遏止电压
(3). 用相同频率不同光强的光入射,光强增大,饱和电流增大; 但遏止电压Ua不变;
(4). 用不同频率的光入射,频率越高, Ua越大;当v<v0时,若Ua =0, 无 光电流; v0 — 截止频率/红限
(5). 有光入射到电极上,马上有光电流.
2. 实验规律 (1). 饱和电流Is的大小与入射光强度成正比;即单位时间内,电极 上 放出的电子数与入射光的强度成正比;
1. 普朗克公式
—普朗克常量 2. 普朗克能量子假设
普朗克
(1). 辐射黑体由带电谐振子组成,谐振子的能量不连续,是某一最
小能量单元0的整数倍n;
— 能量子(量子)
n —量子数
(2). 物体辐射或吸收能量时,其总能量只能是hv的整数倍.
1. 一定元素的原子光谱包含了完全确定的波长成分,不同元素的 光谱成分各不相同;
2. 每种元素的原子光谱中谱线按一定规律排列,组成线系.
二. 氢原子光谱的经验公式
▲里德伯公式
▲可见光波段 (巴尔末系)
— 里德伯常量
▲氢原子线系
赖曼系，紫外区 巴尔末系，可见光区 帕邢系，红外区 布拉开系，红外区 普丰德系，红外区 汉弗莱系，红外区 汉森与斯特朗，红外区
量子理论的起源
24.1 黑体辐射和普朗克的量子假设
一. 热辐射
任何物体在任何温度下都在向外发射电 磁波，这种由于物体中的分子、原子受 到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 所辐射电磁波的特征仅与温度有关。
物体随温度升高时的颜色变化
T
▲影响物体热辐射的因素
(1). 材料 同一温度下,不同材料的物体有不同的热辐射;
负,U减小到某一定值Ua时,光电流为零; 遏止电压
(3). 用相同频率不同光强的光入射,光强增大,饱和电流增大; 但遏止电压Ua不变;
(4). 用不同频率的光入射,频率越高, Ua越大;当v<v0时,若Ua =0, 无 光电流; v0 — 截止频率/红限
(5). 有光入射到电极上,马上有光电流.
2. 实验规律 (1). 饱和电流Is的大小与入射光强度成正比;即单位时间内,电极 上 放出的电子数与入射光的强度成正比;
1. 普朗克公式
—普朗克常量 2. 普朗克能量子假设
普朗克
(1). 辐射黑体由带电谐振子组成,谐振子的能量不连续,是某一最
小能量单元0的整数倍n;
— 能量子(量子)
n —量子数
(2). 物体辐射或吸收能量时,其总能量只能是hv的整数倍.
量子力学发展简史.ppt
3. 固体比热的研究
1906年，爱因斯坦将普朗克的量子假说应用于 固体比热，解释了固体比热的温度特性并且得 到定量结果。然而，这一次跟光电效应一样， 也未引起物理界的注意。不过，比热问题很快 就得到了能斯特的低温实验所证实。量子理论 应用于比热问题获得成功，引起了人们的关注， 有些物理学家相继投入这方面的研究。在这样 的形式下，能斯特积极活动，得到比利时化学 工业巨头索尔威的资助，促使有历史意义的第 一届索尔威国际物理会议的召开，讨论的主题 就是《辐射理论和量子》，这次会议在宣传量 子理论上起了很好的作用。
3.矩阵力学的创立
矩阵力学的创立者海森伯1924年到哥本哈根跟玻尔和克拉末斯合 作研究光色散理论。在研究中，他认识到不仅描写电子运动的偶 极的振幅的傅里叶分量的绝对值平方决定相应辐射的强度，而且 振幅本身的位相也是有观察意义的。海森伯由这里出发，假设电 子运动的偶极和多极电矩辐射的经典公式在量子理论中仍然有效。 然后运用玻尔的对应原理，用定态能量差决定的跃迁频率来改写 经典理论中电矩的傅里叶展开式。这样，海森伯就不再需要电子 轨道等经典概念代之以频率和振幅的二维数集。他当时并不知道 这就是矩阵运算，于是就向玻恩请教有没有发表价值。玻恩经过 几天思索才发现海森伯用来表示观察量的二维数集正是线性代数 中的矩阵，此后，海森伯的新理论就叫《矩阵力学》。 玻恩着手 运用矩阵方法为新理论建立一套严密的数学基础。与数学家约丹 联名发表了《论量子力学》一文，首次给矩阵力学以严格的表述。 接着，玻恩、约丹、海森伯三人合作，系统地论述了本征值问题、 定态微扰和含时间的定态微扰，导出了动量和角动量守定律，以 及强度公式和选择定则，从而奠定了量子力学的基础。
三 .关于量子力学完备性的争论
玻恩、海森伯等人提出了量子力学的诠释之后，遭到了爱因斯坦 和薛定谔等人的批评，他们不同意对方提出的波函数的几率解释、 测不准原理和互补原理，双方展开了一场长达半个世纪的大论战， 许多理论物理学家、实验物理学家和哲学家卷入了这场论战，至 今还未告结束。 正是由于以爱因斯坦为代表的EPR一派和以玻尔 为代表的哥本哈根学派的长期争论，才使得量子力学越来越完备， 很多问题得到了系统性的研究。 1965年，贝尔在定域隐参量理论 的基础上提出了一个著名的关系，人称贝尔不等式，于是有可能 对隐参量理论进行实际的实验检验，从而判断哥本哈根学派对量 子力学的解释是否正确。从70年代开始，各国物理学家先后完成 了十几项检验贝尔不等式的实验。这些实验大多数都明显地违反 了贝尔不等式，而与量子力学理论预言的相符。但也不能就此对 爱因斯坦和玻尔的争论作出最后裁决。目前这场论战还在进行之 中，没有得出最后的结论。
最新教科版必修3541量子概念的诞生课件教学内容
热辐射的过程中将内能转化为电磁能
2
2. 黑体与黑体辐射 能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，
折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑 体。
研究黑体辐射的规 律是了解一般物体热 辐射性质的基础。
黑体模型 3
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云
（1）第一次展示了微观世界h的非连续性。
（2）E普n 朗 n克hv是“看到”微观世界的第一人
（3）能量子的表达式 式
，能量的表达
小结：对能量的认识
经典 量子
8
再见
9
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
最新2013教科版必修3541量子 概念的诞生课件
1、热辐射 （1）固体或液体，在任何温度下都在发射各种
波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到 激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
（2）对热辐射的初步认识
任何物体任何温度均存在热辐射 温度不同时辐射的波长分布不同，温度越高 辐射的能量越强，辐射中的短波成分也越多
M0(T)
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o 1 2 3 4 5 6 7 8 /μm
4
我们在思考物理概念或物理规律时，往往——
气体分子热运动时
电流
光的波动性 光的粒子性
5
3.普朗克的能量子概念 辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐 振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能 处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能 量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应 的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，
2
2. 黑体与黑体辐射 能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，
折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑 体。
研究黑体辐射的规 律是了解一般物体热 辐射性质的基础。
黑体模型 3
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云
（1）第一次展示了微观世界h的非连续性。
（2）E普n 朗 n克hv是“看到”微观世界的第一人
（3）能量子的表达式 式
，能量的表达
小结：对能量的认识
经典 量子
8
再见
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最新2013教科版必修3541量子 概念的诞生课件
1、热辐射 （1）固体或液体，在任何温度下都在发射各种
波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到 激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
（2）对热辐射的初步认识
任何物体任何温度均存在热辐射 温度不同时辐射的波长分布不同，温度越高 辐射的能量越强，辐射中的短波成分也越多
M0(T)
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o 1 2 3 4 5 6 7 8 /μm
4
我们在思考物理概念或物理规律时，往往——
气体分子热运动时
电流
光的波动性 光的粒子性
5
3.普朗克的能量子概念 辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐 振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能 处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能 量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应 的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，
《量子理论的起源》课件
波函数的应用
波函数在量子力学中有着广泛的应用，如计算粒子分布、散射截面等 。
薛定谔方程的建立
薛定谔方程的建立
薛定谔在1926年发表的论文中， 提出了著名的薛定谔方程，该方 程是描述微观粒子运动规律的偏
微分方程。
薛定谔方程的求解
求解薛定谔方程可以得到微观粒子 的波函数和能量本征值，进而描述 微观粒子的状态和运动规律。
等领域具有广泛应用前景。
06
CATALOGUE
量子理论面临的挑战与未来发展
量子引力与量子宇宙学
量子引力
量子引力理论试图将量子力学和广义相对论统一起来，解决黑洞和宇宙尺度下的引力问题。目前，量 子引力理论面临许多挑战，如重整化、量子时空结构等。
量子宇宙学
量子宇宙学是研究宇宙的起源、演化及其基本规律的学科。它基于量子力学和广义相对论，探索宇宙 的微观结构和演化规律。目前，量子宇宙学面临许多挑战，如宇宙的量子起源、宇宙的几何结构等。
薛定谔方程的应用
薛定谔方程在量子力学中有着广泛 的应用，如计算粒子分布、散射截 面等。
海森堡的矩阵力学
海森堡矩阵力学的提出
海森堡在1925年提出了矩阵力学，这是一种描述微观粒子运动规 律的数学方法。
海森堡矩阵力学的基本原理
矩阵力学的基本原理是量子态可以用一组矩阵来表示，通过矩阵运 算来描述微观粒子的运动规律。
量子计算机
基于量子力学原理构建的计算机，能 够利用量子比特进行信息存储和运算 ，有望在密码学、优化问题和人工智 能等领域发挥重要作用。
量子通信与量子密码学
量子通信
利用量子力学原理实现信息传输 和保护的新型通信方式，具有高 度安全性和不可窃听性，是未来 通信技术的发展方向之一。
量子密码学
波函数在量子力学中有着广泛的应用，如计算粒子分布、散射截面等 。
薛定谔方程的建立
薛定谔方程的建立
薛定谔在1926年发表的论文中， 提出了著名的薛定谔方程，该方 程是描述微观粒子运动规律的偏
微分方程。
薛定谔方程的求解
求解薛定谔方程可以得到微观粒子 的波函数和能量本征值，进而描述 微观粒子的状态和运动规律。
等领域具有广泛应用前景。
06
CATALOGUE
量子理论面临的挑战与未来发展
量子引力与量子宇宙学
量子引力
量子引力理论试图将量子力学和广义相对论统一起来，解决黑洞和宇宙尺度下的引力问题。目前，量 子引力理论面临许多挑战，如重整化、量子时空结构等。
量子宇宙学
量子宇宙学是研究宇宙的起源、演化及其基本规律的学科。它基于量子力学和广义相对论，探索宇宙 的微观结构和演化规律。目前，量子宇宙学面临许多挑战，如宇宙的量子起源、宇宙的几何结构等。
薛定谔方程的应用
薛定谔方程在量子力学中有着广泛 的应用，如计算粒子分布、散射截 面等。
海森堡的矩阵力学
海森堡矩阵力学的提出
海森堡在1925年提出了矩阵力学，这是一种描述微观粒子运动规 律的数学方法。
海森堡矩阵力学的基本原理
矩阵力学的基本原理是量子态可以用一组矩阵来表示，通过矩阵运 算来描述微观粒子的运动规律。
量子计算机
基于量子力学原理构建的计算机，能 够利用量子比特进行信息存储和运算 ，有望在密码学、优化问题和人工智 能等领域发挥重要作用。
量子通信与量子密码学
量子通信
利用量子力学原理实现信息传输 和保护的新型通信方式，具有高 度安全性和不可窃听性，是未来 通信技术的发展方向之一。
量子密码学
量子概念的诞生ppt1 教科版
数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整
数，称为量子数。 对于频率为ν的谐振子最小能量为 能量
h 6.62610 J s 经典 希腊字母: ν 读[nju:],音同
h
34
量子 18
普朗克后来又为这种与经典物理格格不入 的观念深感不安，只是在经过十多年的努力 证明任何复归于经典物理的企图都以失败而 告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反 映了新理论的本质。
并且毫不畏惧地，过着我理想中的生活 成功，会在不期然间忽然降临！
1、聪明出于勤奋，天才在于积累。 2、三更灯火五更鸡，正是男儿读书时。黑发不知 勤学早，白首方悔读书迟。 3、鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书。 4、勤学如春起之苗，不见其增，日有所长；辍学 如磨刀之石，不见其损，日有所亏。
瑞利--金斯线
维恩线
o
1
2
3
4
5
6
7
8
/μm
16
我们在思考物理概念或物理规律时，往往——
气体分子热运动时
电流
光的波动性
光的粒子性
17
三、普朗克提出的能量子概念 辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这 些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子
只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子
的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。 相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整
二、黑体与黑体辐射 能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，
折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体.
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作 黑体。 研究黑体辐射的规 律是了解一般物体热辐 射性质的基础。 加热腔体，黑体表 面就向外辐射电磁波， 这就是黑体辐射.
第二十四章量子理论的起源
he(U1 a1U 1a2)6.60 10 34Js
c(12)
(2)
A h1 ea U 1 h ea U 3 .6 6 1 1 0 J 9 2 .2e 8V 1
(3)
0A h 0h Ac54n2m
§24-3 康 普 顿 效 应
S D
C R
θ
X射线管
石墨
光阑
实验发现：在透射X射线中，除有与原射线波长（λ0）相同的 成分 外，还有波长较长（λ）的成分，这种现象称为康普顿
ν/1014Hz
8.0 10.0
ν0,Ca
当0 U0 K时， Ua 0，电子初动能为零； 当0时， Ua 0，电子可逸出；ν0 称为红限频率
当 0 时，电子不可逸出。
经典波动理论：只要光够强，任何频率下都可以产生光电效 应，不应该存在红限频率或红限波长。
(4) 光电子逸出的驰豫时间 < 10 –9 s 。
E (,T)d(E d ,T)
单W 位 m 3：
它反映了物体表面在不同温度下辐射能按波长分布的情况。
➢ 总辐射本领：物体单位表面积辐射 的各种波长的总辐射功率。
E(,T)
E(T)E(,T)d
0
单位 Wm2 ：
0
E(,T)d
d
物体辐射电磁波的同时也吸收照射在它上面的电磁波，辐 射本领大的物体表面，其吸收本领也大。
(2) 瑞利—金斯公式：（1900年）
瑞利—金斯公式 实验曲线 维恩公式
E(,T)2c4kT
该式在长波段与实验结果吻合，但波长变短时，E(λ,T)趋
向无穷大（紫外灾难）。
5、普朗克量子假设：（1900年）
普朗克认为：组成黑体空腔壁的电子的运动可看作线性谐 振子，他们通过辐射和吸收电磁波而与外界交换能量。按 经典理论，谐振子的能量可以连续变化，但普朗克认为这 些线性谐振子的能量只能取某一最小能量
量子理论的起源
c = (hν 0 ) + (hν ) − 2h 2ν 0ν cos θ
2 2
由（1）和（2）得
h 2θ (1 − cosθ ) = 2λc sin ∆λ = λ − λ0 = m0 c 2
太阳辐射的总功率
2 PS = E 0 4πRS = 6.87 × 10 7 W ⋅ m 2 × 4π × ( 6.96 × 108 ) 2
= 4.2 × 10 26 W
这功率分布在以太阳为中心、以日地距离为 半径的球面上，故地球表面单位面积接受到的辐 射功率 PS 4.2 × 10 26 W 3 2 ′ = PE = = 1 . 49 × 10 W / m 4πd 2 4π × (1.496 × 1011 m ) 2
ห้องสมุดไป่ตู้
1 2 hν = mVm + A 2
1 2 式中，A为电子逸出功， mVm 为光电子的最大初动能。 2
2 hν = 1 m V m + A 2
4、解释光电效应
1）光子的能量可以立即被金属中的自由电子吸收 ---- 瞬时性 2）光强越大 → 光子数越多 → 光电子越多→ 饱和光电流越大 --- 入射频率一定时饱和光电流和入射光强成正比 3）爱因斯坦方程表明：光电子最大初动能与入射光频率成线性 关系，而与入射光强无关。由动能定理有： 1 2 m Vm = eU0 h A 2 U0 = ν − e e
振子从一个状态跃迁到另一个状 态时，辐射出或吸收的能量也是量子 化的。
能量
经典
量子
6. 关于黑体辐射公式的分析 辐射本领与辐射能密度
能量密度 ρλ（T）： 腔壁温度为 T 时，腔内单位体积中 在λλ+dλ范围 内的辐射能 c Eλ (T ) = ρ λ (T ) 4
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6 .8 7 1 0 7 W /m 2
太阳辐射的总功率
P S E 4R S 2 6 .8 7 1 0 7 W m 2 4 (6 .9 6 1 0 8 )2
4 .2 1 0 2 6 W
这功率分布在以太阳为中心、以日地距离为 半径的球面上，故地球表面单位面积接受到的辐 射功率
P E 4 P d S 2 4 4 (1 .2 .4 1 9 2 1 W 0 6 1 6 m 0 1)2 1 .4 9 13 W 0/m 2
单位时间内，温度为T的物体单位面积上发射的波长在 ～+d范围内的辐射能dE与波长间隔d的比值
E(,T)
dE
d
单色幅出度与物体的温度和辐射波长有关
▲总幅出度
单位时间内从单位面积上发射的各种波长的总辐射能
E(T) 0 E(,T)d
总幅出度仅与物体的温度有关
三. 黑体辐射
▲黑体
有一类物体，不论组成成分，在相同的温度下，发射 相同的光谱，其表面吸收所有的热辐射，无反射光。
解 根据维恩位移定律 mT b
T b m2 .8 4 9 9 1 1 7 0 3 0 9 0 m m K5 .9 13K 0
根据斯特藩-玻尔滋蔓定律可求出辐射本领，即 单位表面积上的发射功率
黑体辐射实验规律
E T 4 5 .6 7 1 0 8 W m 2K 4 (5 .9 1 0 3K )4
▲斯特藩-玻耳兹曼定律
E(,T)
O
曲线下的面积 黑体在一定温度T下的总幅出度
E(T) T4
5 .6 7 1 8 0 W /m (2K 4)
四. 普朗克量子假设
考虑黑体单色幅出度E(,T)
▲古典物理学的理论公式
1. 维恩公式 短波区
E(,T) C 15eC 2/(T)
2. 瑞利-金斯公式 长波区
(2). 温度 同一物体,温度越高,热辐射越强。
★注意:
1. 物体在热辐射的同时，也在吸收周围物体发出的辐射能; 吸收能力与物体的材料和表面状况有关;
2. 物体吸收辐射的能力随波长和温度而变化; 3. 高温物体辐射能 > 吸收能，导致物体温度下降。
二. 有关辐射的物理量
▲单色辐射本领 (单色幅出度)
(1)饱和电流 实验表明： 在一定强度的单色光照
射下,饱和电流 随光I强H 度的增加而增大。
结论1：单位时间内,受光照的金属板释放出来 的电子数和入射光的强度成正比。
光电效应
（2）遏止电势差 实验表明：遏止电势差 U a 与
光强度无关。
12mvm2 eUa
结论2：光电子从金属表面逸出时具有一定的 动能，最大初动能与入射光的强度无关。
小能量单元0的整数倍n;
0 h — 能量子(量子)
n —量子数
(2). 物体辐射或吸收能量时,其总能量只能是hv的整数倍.
普朗克量子假设
能量子假说：辐射黑体中分子、原子的振动可看作谐 振子。但是这些谐振子的能量只能是某一最小能量ε（称 为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε。n为正整 数，称为量子数。
U0
K
0
U0 K
红限（截止频率）
结论3： 光电子从金属表面逸出时的最大
初动能与入射光的频率成线性关系。当入射光
的会频 产率 生小 光于电效0 应时。，不管照射光的强度多大，不
光电效应
（4）弛豫时间 实验表明，从入射光开始照 射直到金属释放出电子，无论光的强度如何，
E(,T) 2c4kT
M0(T)
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o 1 23 4 5
6 78
/μm
▲普朗克能量子假设
1. 普朗克公式
E(,T) 5(e2hc/(hkcT2) 1)
h 6 .62 16 3 0 J 4s
—普朗克常量 2. 普朗克能量子假设
普朗克
(1). 辐射黑体由带电谐振子组成,谐振子的能量不连续,是某一最
第24章 量子理论的起源
§24-1 黑体辐射 普朗克的量子假设
一. 热辐射
任何物体在任何温度下都在向外发射电 磁波，这种由于物体中的分子、原子受 到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 所辐射电磁波的特征仅与温度有关。
物体随温度升高时的颜色变化T▲影响物体热辐射的因素
(1). 材料 同一温度下,不同材料的物体有不同的热辐射;
对于频率为ν的谐振子能量子为
h
振子从一个状态跃迁到另一个状态 时，辐射出或吸收的能量也是量子化 的。
能量
经典 量子
黑体辐射实验规律
例题: 实验测得太阳辐射波谱的m49n0m，若把太
阳视为黑体，试计算（1）太阳每单位表面积上所发射的功 率，（2）地球表面阳光直射的单位面积上接受到的辐射功 率，（3）地球每秒内接受的太阳辐射能。（已知太阳半径 RS=6.96×108m,地球半径RE=6.37×106m,地球到太阳的距离 d=1.496×1011m.)
黑体辐射实验规律
由于地球到太阳的距离远大于地球半径，可将地 球看成半径为RE的圆盘，故地球接受到太阳的辐 射能功率 P E P E R E 2 1 .5 1 0 3 W 0 m 2 (6 .3 1 7 6 m 0 )2
1 .9 1 0 1W 0 7
§24-2光电效应 爱因斯坦的光子理论
1. 光电效应的实验规律
光电效应 当波长较短的可见光或紫外光照射 到某些金属表面上时,金属中有电子逸出的现象。
金属板释放的电子称为光电子,光电子在电场 作用下在回路中形成光电流。
光电效应
入射光线
AK
OO
OO
OO
G
V
I
光强较强
IH
IH
B OO
Ua O
U
光电效应实验装置
光电效应的伏安特性曲线
光电效应
理想化模型 煤
灰体(99%)
不透明的材料制成带小孔的的 空腔,可近似看作黑体。
黑体模型
▲维恩位移定律
E(,T)
对于给定温度T ，黑体的
单色辐出度E(,T)有一最大值,
其对应波长为m。
O
黑体的辐出度按波长分布曲线
mT b
b2 .89 18 3 0 m k
热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。
光电效应
（3）截止频率（又称红限） 实验表明：遏止
电势差U a 和入射光的频率之间具有线性关系。
U aK U 0
Ua V
2.0
CS Na Ca
1.0
0.04.0
6.0
8.0 10.0
遏止电势差与频率的关系
/1014HZ
光电效应
12mmv2eK eU0
要使光所照射的金属释放电子，入射光的频 率必须满足：
太阳辐射的总功率
P S E 4R S 2 6 .8 7 1 0 7 W m 2 4 (6 .9 6 1 0 8 )2
4 .2 1 0 2 6 W
这功率分布在以太阳为中心、以日地距离为 半径的球面上，故地球表面单位面积接受到的辐 射功率
P E 4 P d S 2 4 4 (1 .2 .4 1 9 2 1 W 0 6 1 6 m 0 1)2 1 .4 9 13 W 0/m 2
单位时间内，温度为T的物体单位面积上发射的波长在 ～+d范围内的辐射能dE与波长间隔d的比值
E(,T)
dE
d
单色幅出度与物体的温度和辐射波长有关
▲总幅出度
单位时间内从单位面积上发射的各种波长的总辐射能
E(T) 0 E(,T)d
总幅出度仅与物体的温度有关
三. 黑体辐射
▲黑体
有一类物体，不论组成成分，在相同的温度下，发射 相同的光谱，其表面吸收所有的热辐射，无反射光。
解 根据维恩位移定律 mT b
T b m2 .8 4 9 9 1 1 7 0 3 0 9 0 m m K5 .9 13K 0
根据斯特藩-玻尔滋蔓定律可求出辐射本领，即 单位表面积上的发射功率
黑体辐射实验规律
E T 4 5 .6 7 1 0 8 W m 2K 4 (5 .9 1 0 3K )4
▲斯特藩-玻耳兹曼定律
E(,T)
O
曲线下的面积 黑体在一定温度T下的总幅出度
E(T) T4
5 .6 7 1 8 0 W /m (2K 4)
四. 普朗克量子假设
考虑黑体单色幅出度E(,T)
▲古典物理学的理论公式
1. 维恩公式 短波区
E(,T) C 15eC 2/(T)
2. 瑞利-金斯公式 长波区
(2). 温度 同一物体,温度越高,热辐射越强。
★注意:
1. 物体在热辐射的同时，也在吸收周围物体发出的辐射能; 吸收能力与物体的材料和表面状况有关;
2. 物体吸收辐射的能力随波长和温度而变化; 3. 高温物体辐射能 > 吸收能，导致物体温度下降。
二. 有关辐射的物理量
▲单色辐射本领 (单色幅出度)
(1)饱和电流 实验表明： 在一定强度的单色光照
射下,饱和电流 随光I强H 度的增加而增大。
结论1：单位时间内,受光照的金属板释放出来 的电子数和入射光的强度成正比。
光电效应
（2）遏止电势差 实验表明：遏止电势差 U a 与
光强度无关。
12mvm2 eUa
结论2：光电子从金属表面逸出时具有一定的 动能，最大初动能与入射光的强度无关。
小能量单元0的整数倍n;
0 h — 能量子(量子)
n —量子数
(2). 物体辐射或吸收能量时,其总能量只能是hv的整数倍.
普朗克量子假设
能量子假说：辐射黑体中分子、原子的振动可看作谐 振子。但是这些谐振子的能量只能是某一最小能量ε（称 为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε。n为正整 数，称为量子数。
U0
K
0
U0 K
红限（截止频率）
结论3： 光电子从金属表面逸出时的最大
初动能与入射光的频率成线性关系。当入射光
的会频 产率 生小 光于电效0 应时。，不管照射光的强度多大，不
光电效应
（4）弛豫时间 实验表明，从入射光开始照 射直到金属释放出电子，无论光的强度如何，
E(,T) 2c4kT
M0(T)
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o 1 23 4 5
6 78
/μm
▲普朗克能量子假设
1. 普朗克公式
E(,T) 5(e2hc/(hkcT2) 1)
h 6 .62 16 3 0 J 4s
—普朗克常量 2. 普朗克能量子假设
普朗克
(1). 辐射黑体由带电谐振子组成,谐振子的能量不连续,是某一最
第24章 量子理论的起源
§24-1 黑体辐射 普朗克的量子假设
一. 热辐射
任何物体在任何温度下都在向外发射电 磁波，这种由于物体中的分子、原子受 到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 所辐射电磁波的特征仅与温度有关。
物体随温度升高时的颜色变化T▲影响物体热辐射的因素
(1). 材料 同一温度下,不同材料的物体有不同的热辐射;
对于频率为ν的谐振子能量子为
h
振子从一个状态跃迁到另一个状态 时，辐射出或吸收的能量也是量子化 的。
能量
经典 量子
黑体辐射实验规律
例题: 实验测得太阳辐射波谱的m49n0m，若把太
阳视为黑体，试计算（1）太阳每单位表面积上所发射的功 率，（2）地球表面阳光直射的单位面积上接受到的辐射功 率，（3）地球每秒内接受的太阳辐射能。（已知太阳半径 RS=6.96×108m,地球半径RE=6.37×106m,地球到太阳的距离 d=1.496×1011m.)
黑体辐射实验规律
由于地球到太阳的距离远大于地球半径，可将地 球看成半径为RE的圆盘，故地球接受到太阳的辐 射能功率 P E P E R E 2 1 .5 1 0 3 W 0 m 2 (6 .3 1 7 6 m 0 )2
1 .9 1 0 1W 0 7
§24-2光电效应 爱因斯坦的光子理论
1. 光电效应的实验规律
光电效应 当波长较短的可见光或紫外光照射 到某些金属表面上时,金属中有电子逸出的现象。
金属板释放的电子称为光电子,光电子在电场 作用下在回路中形成光电流。
光电效应
入射光线
AK
OO
OO
OO
G
V
I
光强较强
IH
IH
B OO
Ua O
U
光电效应实验装置
光电效应的伏安特性曲线
光电效应
理想化模型 煤
灰体(99%)
不透明的材料制成带小孔的的 空腔,可近似看作黑体。
黑体模型
▲维恩位移定律
E(,T)
对于给定温度T ，黑体的
单色辐出度E(,T)有一最大值,
其对应波长为m。
O
黑体的辐出度按波长分布曲线
mT b
b2 .89 18 3 0 m k
热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。
光电效应
（3）截止频率（又称红限） 实验表明：遏止
电势差U a 和入射光的频率之间具有线性关系。
U aK U 0
Ua V
2.0
CS Na Ca
1.0
0.04.0
6.0
8.0 10.0
遏止电势差与频率的关系
/1014HZ
光电效应
12mmv2eK eU0
要使光所照射的金属释放电子，入射光的频 率必须满足：