物理学史上的两朵乌云ppt课件

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二、不确定关系
它的物理意义是，微观粒子不可能同时具有确定的位置和动
量。粒子位置的不确定量 x 越小，动量的不确定量 Ρ x
就越大，反之亦然。因此不可能用某一时刻的位置和动量描 述其运动状态。轨道的概念已失去意义，经典力学规律也不 再适用。
----------微观粒子的“波粒二象” 性的具体体现
①.光电流与光强的关系
饱和光电流强度与入射光强度成正比。
②.截止频率c ----极限频率
对于每种金属材料，都相应的有一确
定的截止频率c 。 •当入射光频率 > c 时，电子才能逸出
金属表面；
阳A 极
W 石英 窗
K阴 极
G V
•当入射光频率 < c时，无论光强多大也无电子逸出金
属表面。
③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需
能量子）的整数倍，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
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能量
h
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经典 量子
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普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国物理学会会 议上提出一个黑体辐射公 式
M(T)2cπ2heh/k3T1
h6.5 5 1 0 3J 4s
m h c
上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写
波动性的 、。 将光的粒子性与波动性联系起来。
1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大 胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实 物粒子。
一切实物粒子都有具有波粒二象性。
实物粒子：静止质量不为零. 的那些微观粒子。
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实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出 粒子的特性，又表现出波动的特性。
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阳
极
光线经石英窗照在阴极上，便 有电子逸出----光电子。
A
W 石英窗
K
阴
极
G
光电子在电场作用下形成光电流。
V
.
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遏止电压
阳A
极
将换向开关反接，电场反向， 则光电子离开阴极后将受反向电 场阻碍作用。
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
V
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
1 2
m evc2
eU .c
K阴
极
G
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光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
K阴
极
遏
止
电
G
压
U.c
I
光强较弱
O
U 12
光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
I
K阴
极
饱
光强较强
和
遏 止
电I s
流
电
光强较弱
G
压
U.a
O
U 13
2. 光电效应实验规律
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令
人不安的乌云，----”
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一、普朗克能量子假说
这两朵乌云是指什么呢？
一朵与黑体辐射有关，
另一朵与迈克尔逊实验有关。
然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第 一朵乌云中降生了量子论，紧接着
(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。 经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学 发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓 “山重水复疑无路, 柳. 暗花明又一村 2
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M.Planck 德国人 1858－1947 7
e0(,T)
实验值
普朗克
1 2 3 4 5 . 6 7 8 9 λ(μ8m)
二、光电效应
1.什么是光电效应
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当光线 照射在金属 表面时，金 属中有电子 逸出的现象， 称为光电效 应。逸出的 电子称为光 电子。
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2.光电效应的实验规律
1. 光电效应实验
M0(T)
实验值 一朵令人不安的乌云。
紫
普朗 克
外 灾 难
线
瑞利--金斯线
维恩线
o1 2 3 4 5
.
6 78
/μm
5
2.能量子假说：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
1. 黑体辐射实验规律
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
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3
e0(,T)
实验结果
λ
0
1
2
34 .
5
6 (μm)4
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文 勋爵作了展望新世纪的发言:
“科学的大厦已经基本完成， 后辈的物理学家只要做一些零碎 的修补工作就行了。”
--开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只 要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面 在加几位罢了！
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家， 就在上面提到的文章中他还讲到：
部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子逸出后
的动能 Ek 。由能量守恒可得出： h Ek W0
W 0 为E电k 子12逸m出ev金2 属表为面光所电. 子需的做最的大功初，动称能。为逸出功；15
三、德布罗意物质波的假设
1.物质波的引入 光具有粒子性，又具有波动性。
光子能量和动量为 Eh P h
实物粒子的波称为德布罗意波或物质波，物质波的波 长称为德布罗意波长。
2.德布罗意关系式
德布罗意把爱因斯坦对光的波粒二象性描述应用 到实物粒子，
动量为 P 的粒子波长： h h h P mv m e v
德布罗意公式
德布罗意是第一个由于博士论文（提出的物质波的假
设）获得了诺贝尔奖。
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二、不确定关系
经典力学中，物体初始位置、动量以及粒子所在 力场的性质确定后，物体以后的运动位置就可确定。 但对微观粒子，因具有的波动性，其坐标和动量不能 同时确定。我们不能用经典的方法来描述它的粒子性。
严格的理论给出的不确定性关系为：
x p x 2
y p y 2
z p z 2
首先由海森堡给出(1927) 海森堡不确定性关系 (海森堡测不准关系)
时间<10-9s。
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3.爱因斯坦的光量子假设
1.内容
光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现， 而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的 光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流，这些光
子沿光的传播方向以光速 c 运动。 2.爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一