量子论概述PPT课件

总功率.
M(T)0M(,T)d
实验表明: 辐出度不仅取决于温度和波长, 还与物体本身 性质及其表面粗糙程度有关.
物体辐射电磁波的同时, 也吸收外界照射到其表面的电 磁波. 当发射 = 吸收时, 其温度不变 —— 平衡热辐射.
第5页 共53页
16.1.2 绝对黑体辐射定律 普朗克公式 黑体 —— 理想模型 能吸收一切外来辐射而无反射的物体.
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.
n nh
普朗克常数: h 6 .6 2 1 6 3 0 J 4s
量子假说与经典理论格格不入, 它完全脱离了经典理论 的框架.
普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数, 它标志 着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”.
(c1和c2为经验参数)
维恩线
第9页 共53页
2. 瑞利-金斯公式
瑞利和金斯用能量均分定理和电磁理论得 出:
e0(,T)2πc4kT
e0(,T)
紫外灾难 ?
瑞利-金斯线
J.W.S. Rayleigh 1842—1919
维恩线
James H. Jeans 1887-1946 第10页 共53页
• 普朗克的量子假设和普朗克公式
1923年康普顿散射实验 ——证实光子假说 （三） 1922—1924年德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假设 （四） 1924—1927年海森堡、玻恩、狄拉克奠定量子理论基础
第3页 共53页
16.1 热辐射
16.1.1 热辐射及其定量表述 • 由经典理论, 带电粒子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. • 物体的辐射与其温度有关, 故将这种辐射称为热辐射. • 这种电磁波形式的辐射能量按波长分布是不均匀的.
第13页 共53页
16.2 光电效应
• 光电效应与光的波动理论的矛盾
Heinrich R. Hertz 1857-1894
Philipp Lenard 1862-1947
1. 光电效应是瞬时发生的, 响 应时间为10-9 s.
经典理论不能解释“毋需 时间积累”.
1887年Hertz首次发现
第14页 共53页
Max Planck, 量子论的奠基人.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, 并导出黑体辐射能量的分布公式.
劳厄称这一天是“量子论的诞生日”
普朗克在报告中激动地阐述了自己最惊人的发现: 为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射 (或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能 取某个最小数值的整数倍.
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.
反向截止电压反映 光电子的初动能:
eV
1 2
mvm2
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0).
黑体是最理想的发射体. 还记得3K宇宙背景辐射图吗？
第6页 共53页
• 斯忒藩－玻尔兹曼定律 物体的辐射能量与温度的四次方成正比.
E0 0T4
0 5 .67 10 80 W 3 m 2K 4
Ludwig Boltzmann Josef Stefan
1844—1906
1835—1893
第7页 共53页
19世纪的最后一天,欧洲著名的科学家欢聚一堂. 会上, 汤姆 生发表了新年祝词. 他在回顾物理学所取得的伟大成就时说,物 理大厦已经落成,所剩只是一些修饰工作.同时,在展望20世纪物 理学前景时,却若有所思地讲道:“动力理论肯定了热和光是运动 的两种方式,现在,它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩 了,”“第一朵乌云出现在光的波动理论上,”“第二朵乌云出现在 关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上.”
这个最小数值就叫能量子,辐射频率是 的能量的最小值
为 h .
其中h称普朗克常数, 普朗克把它叫做基本作用量子.
第11页 共53页
1. 普朗克公式
e0(,T)
e0(,T)
2πhc25
hc
ekT 1
h6.6 3 13 0J4s
瑞利 — 金斯线
维恩线
普朗克线
第12页 共53页
2. 能量子假说 辐射黑体中分子、原子的振动可看作线性谐振子, 它们
• 维恩位移定律
能谱分布曲线的峰值对应的波
长m与温度T 成反比.
m
b T
Wilhelm Wien 1864—1928
b2.89 18 3 0 m K
m
我们怎样知道太阳的温度和辐射的能量? 第8页 共53页
• 经典物理的困难
1. 维恩公式
维恩根据经典热力学得出:
e0(,T)
e0(,T)c15ecT2
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.
V
0
ห้องสมุดไป่ตู้
第15页 共53页
• 爱因斯坦的光子假说
电磁辐射是由以光速c运动的光量子
所组成.
光子
h
p h
爱因斯坦光电效应方程:
h 12mvm2 A
Albert Einstein 1879-1955
W— 逸出功 1 2mvm 2—初动能
W.Thomson 1824—1907
第2页 共53页
量子论的诞生
（一） 1900年普朗克首次提出能量子的假设 解释黑体辐射的能谱分布——开创了量子理论的新纪元
（二） 1900—1923年间 1905年爱因斯坦提出光量子假设 ——解释光电效应
1913年玻尔提出原子结构量子化假设 ——解释原子光谱 的分布规律
物体辐射总能量及能量按波长 分布都决定于温度.
不同的原子辐射谱线的颜色
(频率)成分不同.
锶(Sr) 铷(Rb) 铜(Cu)
第4页 共53页
单色辐出度: 温度为T物体从单位面积上发射的、波长介
于和+d之间的辐射功率dE(T)与d之比.
M(,T)dMd(,T)
辐出度: 物体从单位面积上发射的所有各种波长的辐射
第16页 共53页
• 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
h A12mvm 2