量子论概述PPT课件
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6-1 量子论初步 课件 高中物理新教科版选择性必修第三册(2022~2023学年)
黑体炉使其 温度升高，黑体炉 就成了不同温度下 的黑体，从小孔向 外的辐射就是黑体 辐射。
新课讲授
二、黑体辐射的实验规律
1.辐射强度按波长分布与温度的关系:
特点：随温度的升高 ①各种波长的辐射强度都在增加； ②辐射强度的最大值向短波方向移动。
新课讲授 二、黑体辐射的实验规律
4.宏观物体的能量是连续的；微观粒子的能量是量子化的。
新课讲授
三、能量子
普朗克抛弃了经典物理中的能量可连续变化、 物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提 出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地 按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决 了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面， 标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进 入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918 年他荣获诺贝尔物理学奖。
课堂练习
3．关于对能量子的认识，下列说法正确的是（ B ）
A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C．能量子与电磁波的频率成反比 D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
课堂练习
【答案】B 【详解】AB．由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能 量值的整数倍，故A错误，B正确； C．最小能量值ε=hν，ε与ν成正比，故C错误； D．能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛 盾，故D错误。 故选B。
2.经典物理学所遇到的困难
瑞利 ─ 金斯线
维恩线
维恩
瑞利
（1）维恩的经验公式：短波符合，长波不符合； （2）瑞利 ─ 金斯公式：长波符合，短波荒唐
新课讲授
二、黑体辐射的实验规律
新课讲授
二、黑体辐射的实验规律
1.辐射强度按波长分布与温度的关系:
特点：随温度的升高 ①各种波长的辐射强度都在增加； ②辐射强度的最大值向短波方向移动。
新课讲授 二、黑体辐射的实验规律
4.宏观物体的能量是连续的；微观粒子的能量是量子化的。
新课讲授
三、能量子
普朗克抛弃了经典物理中的能量可连续变化、 物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提 出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地 按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决 了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面， 标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进 入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918 年他荣获诺贝尔物理学奖。
课堂练习
3．关于对能量子的认识，下列说法正确的是（ B ）
A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C．能量子与电磁波的频率成反比 D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
课堂练习
【答案】B 【详解】AB．由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能 量值的整数倍，故A错误，B正确； C．最小能量值ε=hν，ε与ν成正比，故C错误； D．能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛 盾，故D错误。 故选B。
2.经典物理学所遇到的困难
瑞利 ─ 金斯线
维恩线
维恩
瑞利
（1）维恩的经验公式：短波符合，长波不符合； （2）瑞利 ─ 金斯公式：长波符合，短波荒唐
新课讲授
二、黑体辐射的实验规律
《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
量子理论ppt课件
假设一个物体能全部吸收投射在 它上面的辐射而无反射，这种物 体称为绝对黑体，简称黑体。
MB (T)
黑体：吸收和辐射都最大 黑洞：只吸收不辐射， 电磁波为黑洞所束缚， 无法逃逸出来。
(μm)
0 1 2 3 4 5 6 首页 上页 下页退出
1、 斯忒藩—玻尔兹曼定律 黑体辐射的总辐射身手〔辐射出射度〕
MB(T )
实验值
紫
外 灾
难
维恩
M B(T)C34T
瑞利--金斯
MB(T)C1 e 5 CT2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (m)
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普朗克量子假说
(1)黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子辐射电磁波， 并和周围的电磁场交换能量。
(2) 这些谐振子能量不能延续变化，只能取一些分立值 ，是最小能量 的整数倍,这个最小能量称为能量子。
红H656.21A
谱线是线状分立的
延 续
H
青 H 深绿 H
0
0
0
3645 .7 A 4340 .1 A 4860 .7 A
巴耳末公式
B
n2 n2
4
0
B364.57A
光谱公式
~1R(212
1 n2
)
n3,4,5,6,
R=4/B 里德伯常数 1.0967758×107m-1
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赖曼系
)
k1,2,3, n k 1 ,k 2 ,k 3 ,
~ T (k) T (n ) T(k)kR2 ,T(n)nR2称 为 光 谱 首页 上页 下页退出
二、玻尔氢原子实际
原子的核式构造的缺陷： 无法解释原子的稳定性 无法解释原子光谱的不延续性
《初期量子论》课件
电子衍射实验
通过电子衍射实验证实了电子具有波动性，证明了德布罗意理论 的正确性。
原子干涉实验
原子干涉实验进一步证实了物质波的存在，为量子力学的发展奠 定了基础。
意义
物质波理论为理解微观世界的本质提供了重要工具，推动了量子 力学的发展和应用。
THANKS
感谢观看
光量子理论的出现，打破了经典物理学中光的波动说，为量子力学的诞生奠定了 基础。
光子的能量和动量
根据爱因斯坦的光量子理论，每个光 子都具有能量和动量，其大小分别由 公式E=hν和p=h/λ给出。
VS
其中E是光子的能量，h是普朗克常数 ，ν是光子的频率，p是光子的动量， λ是光子的波长。
爱因斯坦的光电效应理论
物质波的波长和动量
波长公式
物质波的波长 $lambda$ 与其对应的动量 $p$ 满足 $lambda = frac{h}{p}$，其中 $h$ 是普朗克常数。
动量定义
动量是描述粒子运动状态的物理量，定义为质量与速 度的乘积。
波长意义
物质波的波长反映了粒子运动的特征，如衍射和干涉 等现象。
物质波理论的验证与意义
能量子假设的意义
打破了经典物理学中能量连续变化的观念，开启了量子力学的研究。
为解释黑体辐射等实验现象提供了理论支持，推动了物理学的发展。
普朗克公式与黑体辐射
普朗克式之 一。
该公式为解决黑体辐射问题提供了重 要的理论工具，对物理学和工程学等 领域产生了深远影响。
1905年，爱因斯坦在论文中提出了光电效应理论，解释了光照射在金属表面时，金属表面会释放出电 子的现象。
根据光电效应理论，当光照射在金属表面时，金属表面的电子吸收光子的能量后，能够克服金属的束缚 力而逸出金属表面。
通过电子衍射实验证实了电子具有波动性，证明了德布罗意理论 的正确性。
原子干涉实验
原子干涉实验进一步证实了物质波的存在，为量子力学的发展奠 定了基础。
意义
物质波理论为理解微观世界的本质提供了重要工具，推动了量子 力学的发展和应用。
THANKS
感谢观看
光量子理论的出现，打破了经典物理学中光的波动说，为量子力学的诞生奠定了 基础。
光子的能量和动量
根据爱因斯坦的光量子理论，每个光 子都具有能量和动量，其大小分别由 公式E=hν和p=h/λ给出。
VS
其中E是光子的能量，h是普朗克常数 ，ν是光子的频率，p是光子的动量， λ是光子的波长。
爱因斯坦的光电效应理论
物质波的波长和动量
波长公式
物质波的波长 $lambda$ 与其对应的动量 $p$ 满足 $lambda = frac{h}{p}$，其中 $h$ 是普朗克常数。
动量定义
动量是描述粒子运动状态的物理量，定义为质量与速 度的乘积。
波长意义
物质波的波长反映了粒子运动的特征，如衍射和干涉 等现象。
物质波理论的验证与意义
能量子假设的意义
打破了经典物理学中能量连续变化的观念，开启了量子力学的研究。
为解释黑体辐射等实验现象提供了理论支持，推动了物理学的发展。
普朗克公式与黑体辐射
普朗克式之 一。
该公式为解决黑体辐射问题提供了重 要的理论工具，对物理学和工程学等 领域产生了深远影响。
1905年，爱因斯坦在论文中提出了光电效应理论，解释了光照射在金属表面时，金属表面会释放出电 子的现象。
根据光电效应理论，当光照射在金属表面时，金属表面的电子吸收光子的能量后，能够克服金属的束缚 力而逸出金属表面。
量子物理物理课件.ppt
思考:(1)观察‘光电效应’时能否见到康普顿效应？
1927年获诺贝尔奖
例：波长为 2.0A0 的X射线射到碳块上，由于康普顿 散射 ，频率改变 0.04％。求： (1)该光子的散射角 (2) 反冲电子的动能
解：（1）
解出
(2)
0.04%
第 25 章 玻尔的原子量子理论
§25—1 氢原子光谱的实验规律
2、频率跃迁假设：当原子能级 跃迁时，才发射（或吸收）光子,
3、量子化条件：稳态时电子角动量应等于 的整数倍。
)
1,2,
(n
2
L
h
=
p
=
=
h
n
n
L
h
E
E
k
n
-
=
n
其频率为
＋
－
E E3 E2 E1
1913发表‘论原子分子结构’
E1 , E2 , E3 …… En （定态）
2、量子理论的成功：
光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故 不变 ， 不变。
解释实验现象（ 有 、 ’, ’> ）
光子与自由电子作弹性碰撞时，要传 一 部分能量给 电子
n
=
=
l
c
cT
如何解释实验规律？
n
=
l
c
频率为 的 X射线，是 能量为 = h 的光子流
一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型）
严重的问题：
原子的稳定性问题？
原子分立的线状光谱？
)
1
1
(
2
2
n
k
Rc
-
=
n
广义的巴尔末公式
2
2
n
1927年获诺贝尔奖
例：波长为 2.0A0 的X射线射到碳块上，由于康普顿 散射 ，频率改变 0.04％。求： (1)该光子的散射角 (2) 反冲电子的动能
解：（1）
解出
(2)
0.04%
第 25 章 玻尔的原子量子理论
§25—1 氢原子光谱的实验规律
2、频率跃迁假设：当原子能级 跃迁时，才发射（或吸收）光子,
3、量子化条件：稳态时电子角动量应等于 的整数倍。
)
1,2,
(n
2
L
h
=
p
=
=
h
n
n
L
h
E
E
k
n
-
=
n
其频率为
＋
－
E E3 E2 E1
1913发表‘论原子分子结构’
E1 , E2 , E3 …… En （定态）
2、量子理论的成功：
光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故 不变 ， 不变。
解释实验现象（ 有 、 ’, ’> ）
光子与自由电子作弹性碰撞时，要传 一 部分能量给 电子
n
=
=
l
c
cT
如何解释实验规律？
n
=
l
c
频率为 的 X射线，是 能量为 = h 的光子流
一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型）
严重的问题：
原子的稳定性问题？
原子分立的线状光谱？
)
1
1
(
2
2
n
k
Rc
-
=
n
广义的巴尔末公式
2
2
n
第四章 量子 PPT课件
2018/9/7 4
英国科学家道尔顿是科学原子论的创始人， 1807 年他依据一系列实验，提出“气体、液 体和固体都是由该物质的不可分割的原子组成 的”，“同种元素的原子，其大小、质量及各 种性质都相同”，此后，大量实验事实证明了 原子论的正确性。
1895年德国物理学家伦琴发现X射线， 1897年英国物理学家汤姆逊，发现了电子，
这三大发现揭开了原子存在内部结构， 三大发现揭开了研究微观世界的序幕。
2018/9/7 5
1896 年，法国物理学家贝克勒尔发现放射性，
第一节 打开微观世界研究大门的三大发现
一、X 射线的发现 1、阴极射线的发现及其本性的争论
1858年，德国的盖斯勒制成了低压气体放电管。 1859年，德国的普吕克尔利用盖斯勒管进行放电实验，他注意到， 从铂阴极发出的粒子飞向玻璃管，粒子流打在管壁上发出萤光， 萤光斑能够被磁力偏转。 1876年，德国的戈尔兹坦提出，玻璃壁上的辉光是由阴极产生的 某种射线所引起的，他把这种射线命名为阴极射线。并且认为 阴极射线应该是一种类似于紫外线的以太波。该思想得到了以 赫兹为首的本国科学家的赞成，形成了德国学派。 1871年英国科学家瓦尔利从阴极射线在磁场中受到偏转与带电粒 子很相近的事实，提出这一射线是由带负电粒子所组成。该思 想得到本国克鲁克斯、J.J.汤姆生等人的赞同，形成了英国学 派。 2018/9/7 6
2018/9/7 13
3、X射线分析法的应用：
1953 — 1959 年，小布拉格的两位助手佩
鲁茨和肯德罗，用改进了的X射线分析法测 定了肌红蛋白及血红蛋白的分子结构，为此 获得1962年的诺贝尔化学奖。
1962年诺贝尔生理学奖及医学奖授予英国
生物物理学家克里克、威尔金森、美国生物 学家沃森，表彰他们发现 DNA 的双螺旋结 构，这是 20 世纪生物学的最伟大成就，他 们依靠的也是X射线分析法。
英国科学家道尔顿是科学原子论的创始人， 1807 年他依据一系列实验，提出“气体、液 体和固体都是由该物质的不可分割的原子组成 的”，“同种元素的原子，其大小、质量及各 种性质都相同”，此后，大量实验事实证明了 原子论的正确性。
1895年德国物理学家伦琴发现X射线， 1897年英国物理学家汤姆逊，发现了电子，
这三大发现揭开了原子存在内部结构， 三大发现揭开了研究微观世界的序幕。
2018/9/7 5
1896 年，法国物理学家贝克勒尔发现放射性，
第一节 打开微观世界研究大门的三大发现
一、X 射线的发现 1、阴极射线的发现及其本性的争论
1858年，德国的盖斯勒制成了低压气体放电管。 1859年，德国的普吕克尔利用盖斯勒管进行放电实验，他注意到， 从铂阴极发出的粒子飞向玻璃管，粒子流打在管壁上发出萤光， 萤光斑能够被磁力偏转。 1876年，德国的戈尔兹坦提出，玻璃壁上的辉光是由阴极产生的 某种射线所引起的，他把这种射线命名为阴极射线。并且认为 阴极射线应该是一种类似于紫外线的以太波。该思想得到了以 赫兹为首的本国科学家的赞成，形成了德国学派。 1871年英国科学家瓦尔利从阴极射线在磁场中受到偏转与带电粒 子很相近的事实，提出这一射线是由带负电粒子所组成。该思 想得到本国克鲁克斯、J.J.汤姆生等人的赞同，形成了英国学 派。 2018/9/7 6
2018/9/7 13
3、X射线分析法的应用：
1953 — 1959 年，小布拉格的两位助手佩
鲁茨和肯德罗，用改进了的X射线分析法测 定了肌红蛋白及血红蛋白的分子结构，为此 获得1962年的诺贝尔化学奖。
1962年诺贝尔生理学奖及医学奖授予英国
生物物理学家克里克、威尔金森、美国生物 学家沃森，表彰他们发现 DNA 的双螺旋结 构，这是 20 世纪生物学的最伟大成就，他 们依靠的也是X射线分析法。
量子力学ppt课件
To see a world in a grain of sand and a heaven in a wild flower Hold infinite in the palm of your hand and eternity in an hour.
一粒沙里有一个世界 一朵花里有一个天堂 把无穷无尽握于手掌 永恒宁非是刹那时光 (荷兰，乌仑贝克，1925年电子自旋发现者）
一． 黑体辐射问题
黑体：一个物体能全部吸收辐射在它上面的电磁波而无反 射。 热辐射：任何物体都有热辐射。 当黑体的辐射与周围物体处于平衡状态时的能量分布：
热力学+特殊假设→维恩公式, (长波部分不一致). 经典电动力学+统计物理学→瑞利金斯公式（短波部分完 全不一致） 二．光电效应
光照在金属上有电子从金属上逸出的现象，这种电子叫光 电子。光电效应的规律： （1）存在临界频率 ； （2）光电子的能量只与光的频率有关，与光强无关，光 频率越高，光电子能量越大，光强只影响光电子数目。光 强越大，光电子数目越多。
1921诺贝尔物理学奖
• A.爱因斯坦 • 对现代物理方面的
贡献，特别是阐明 光电效应的定律
二、爱因斯坦光量子理论
爱因斯坦在普朗克能量子论基础上进一步提出光量 子（或光子）的概念。辐射场是由光量子组成的，光 具有粒子特性，既有能量，又有动量。
光是以光速 c 运动的微粒流，称为光量子（光子）
光子的能量 h 说明光具有微粒性
m m0
1
v2 c2
h
n
c
h 0
c
n0
X
mv
0
2h m0c
sin2
2
康普顿散射公式
c
h m0c
一粒沙里有一个世界 一朵花里有一个天堂 把无穷无尽握于手掌 永恒宁非是刹那时光 (荷兰，乌仑贝克，1925年电子自旋发现者）
一． 黑体辐射问题
黑体：一个物体能全部吸收辐射在它上面的电磁波而无反 射。 热辐射：任何物体都有热辐射。 当黑体的辐射与周围物体处于平衡状态时的能量分布：
热力学+特殊假设→维恩公式, (长波部分不一致). 经典电动力学+统计物理学→瑞利金斯公式（短波部分完 全不一致） 二．光电效应
光照在金属上有电子从金属上逸出的现象，这种电子叫光 电子。光电效应的规律： （1）存在临界频率 ； （2）光电子的能量只与光的频率有关，与光强无关，光 频率越高，光电子能量越大，光强只影响光电子数目。光 强越大，光电子数目越多。
1921诺贝尔物理学奖
• A.爱因斯坦 • 对现代物理方面的
贡献，特别是阐明 光电效应的定律
二、爱因斯坦光量子理论
爱因斯坦在普朗克能量子论基础上进一步提出光量 子（或光子）的概念。辐射场是由光量子组成的，光 具有粒子特性，既有能量，又有动量。
光是以光速 c 运动的微粒流，称为光量子（光子）
光子的能量 h 说明光具有微粒性
m m0
1
v2 c2
h
n
c
h 0
c
n0
X
mv
0
2h m0c
sin2
2
康普顿散射公式
c
h m0c
《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
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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.
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
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).
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
黑体是最理想的发射体. 还记得3K宇宙背景辐射图吗？
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• 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
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(c1和c2为经验参数利-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
W.Thomson 1824—1907
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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
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.”
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.
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
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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.
• 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
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• 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
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)
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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
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”.
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.
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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
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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