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3
第一章 光的粒子性和 电子的波动性
§1.1
1.1.1 黑体辐射的实验规律：
热辐射是物体的一种电磁辐射现象，所 有物体都能发射热辐射，例如炽热物体 的发光就是一种热辐射现象。 由于分子热运动导致物体辐射电磁波 温度不同时 辐射的波长分布不同
4
物体不仅有热辐射现象，对光也会 有吸收现象。通常用吸收系数
16
1.1.3 普朗克公式以及能量子假设
1900年普朗克(M·Planck)在德国物理学会年会上提出 一个黑体辐射能量分布公式
(1.1.9
普朗克提出了能量量子化的假设：(1)黑体的腔
壁是由无数个带电的谐振子组成的，这些谐振子
不断地吸收和辐射电磁波，与腔内的辐射场交换
能量；(2)这些谐振子所具有的能量是分立的，
18
利用公式: 得到(1.1.9)普朗克公式.用波长表示即:
(1.1.10)
19
1.1.3 各黑体辐射公式与实验的比较
20
21
★ 核心思想：能量量子化 (不连续) !
能量不连续的概念与经典物理学是完 全不相容的！ Max Planck荣获1918年 Nobel Prize
普朗克 (1858—1947) 德国人 (60岁获诺贝尔奖)
27
关
1.2.3 光电效应的应用
光电效应的研究不仅在理论上有着重要的意义，在生 产、科研、国防等方面也有重要的应用价值。一类是 通过光电效应对光信号进行测量，另一类是利用光电 效应实现自动控制。
例如在电视、有声电影和无线电传真技术中把光信号 转化成电信号的光电管或光电池；在光度测量、计数 测量中把光信号变为电信号并进行放大的光电倍增管 等等，它们都有广泛的应用。通过光电效应进行自动 控制的例子更是屡见不鲜。例如公共场所楼房大门的 自动开合以及机床上自动安全装置等都可以用光电效 应来实现，它们的基本原理都是光波被遮挡后便产生 相应的电信号以实现所需要的控制。
dλ
上式称为斯忒藩—玻耳兹曼(Stefan-Boltzman)定律。
13
1.1.2黑体辐射的经典理论公式
维恩黑体辐射的能量分布经验关系式:
瑞利与金斯利用经典电动力学和统计物理学得到黑体辐射公式 (1.1.5)
14
瑞利和金斯首先认为空腔内的电磁辐射 形成一切可能形成的驻波，其节点在空 腔壁处，由此得到辐射场中单位体积内 频率ν 附近单位频率间隔内电磁辐射的
7
8
1859年基尔霍夫(G·R·Kirchhoff)指出：任
何物体在同一温度T下的辐射本领r(，T)与 吸收本领(，T)成正比，其比值只与ν和T
9
ρ(ν ，T)也表示物体在ν 附 近ν —ν+d ν 单位频率间隔辐 射的能量
10
对吸收本领(ν ，T)=1的绝对黑体，
对吸收本领(ν ，T)=1的绝对黑体， 只要测出其发射本领r(ν ，T)，就得到
某房地产开发有限公司管理咨询报告
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
原子物理学(近代物理学）
2
本学期课程的主要内容
第一章 光的粒子性与电子的波动性 第二章 原子的核式模型和玻尔理论 第三章量子力学基础 第四章 碱金属原子 第五章 多电子原子 第六章 磁场中的原子 第七章 原子核物理学 第八章 分子结构与光谱 第九章 粒子物理学
(1.1.6)
根据经典的能量均分定理，当系统处于热平衡时 ，经典的玻尔兹曼分布律仍可应用，每一个简谐 振子的能量可以在O到∞之间连续取值，则一个振
15
(1.1.7)
(1.1.8)
由此得到瑞利与金斯公式,当频率较低时，瑞利—金斯定 律的理论值与实验结果符合较好，频率较高时，就与实验 结果有很大差异，在紫外端发散，这就是当时物理学界所 称的“紫外灾难”,见图1.1.3各黑体辐射公式与试验的比 较.
热辐射能量谱ρ(ν，T)， 。有时将热辐
射能量谱表示成波长和温度的函数ρ(λ，
T)。如图1.1.2给出了不同温度下黑体辐 射的能谱分布曲线。
11
图1.1.2黑 体 辐 射 谱
12
黑体辐射谱的几点结论
(1)每条曲线都只由温度决定，与腔壁的材料无关。
(2)每条曲线都有一个极大值，其相应的波长设为，
λmax，随着温度T的增加，λmax的值减小，与绝对温
度T
λmaxT=b
(1.1.2)
其 中 b 是 一 个 常 数 b=2897.756μm·k 。 1893 年 维 恩 (W·Wien)曾在理论上推导出这一结果，因此式(1.1.2) 称为维恩定律。
(3)黑体辐射的总辐射本领与它的绝对温度的四次方成 正比
22
§1.2光电效应与爱因斯坦光量子理论
1.2.1光电效应实验规律
当光束照射在金属 表面上时，使电子从 金属中脱出的现象， 叫做光电效应。
截止电压与电子的动 能满足关系
(1.2.1) 1.2.1 光电效应装置图
23
24
实验发现，对于一 定的阴极材料，截止 电压V0与入射光的强 度无关而与光的频率
ν成正比.
当 ν 减 小 时 V0 线 性 地 减小，当ν小到某一数 值ν 0时，V0=0，这时
即使不加负电压也不
会有光电子发射了。ν
0称为光电效应的截止 频率或相应的波长
λ0=c/ν 0称为光电效应
的红限。
图1.2.2 截止电压与频率的关系
25
1.2.2 爱因斯坦光子假说
(1.2.2) (1.2.3)
(λ，T)来表示物体的吸收本领。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 它定义为物体在温度T时，有波长为 λ的光入射，被物体吸收的该波长的 光能量与入射的该波长的光能量之 比。
如果 (λ，T)=1，我们就称这种物体
叫黑体.
黑体能够吸收射到它表面的全部电 磁辐射
5
图1.1.1 空腔小孔
向远处观察 打开的窗子 近似黑体
6
红外夜视仪
26
将(1.2.3)式代入(1.2.1)式，可 得：
(1.2.4)
如果作出eV0随ν变化的直线，该
直线的斜率便是h。1916年密立
根(R·A·Milikan) 用这一方法
求得普朗克常数的值，它与现代
值十分相近。由式(1.2.4)将V0=0
代入，便可得到截止频率ν
0=w/h, 因 而 它 只 与 材 料 性 质 w 有
它的能量与其振动频率ν成正比：ε0=h ν .式
中h即为普朗克常数h=6.6218×10-34(J·S),振子
与辐射场交换的 的整数倍εn=nε0
能量ε只能取 n=0,1,2…
基本
单
元能
量子
ε017
由于能量取离散值，因此利用统计理论 求平均值时采用求和得：
利用等比级数求 和公式:
带入上式 可得:
第一章 光的粒子性和 电子的波动性
§1.1
1.1.1 黑体辐射的实验规律：
热辐射是物体的一种电磁辐射现象，所 有物体都能发射热辐射，例如炽热物体 的发光就是一种热辐射现象。 由于分子热运动导致物体辐射电磁波 温度不同时 辐射的波长分布不同
4
物体不仅有热辐射现象，对光也会 有吸收现象。通常用吸收系数
16
1.1.3 普朗克公式以及能量子假设
1900年普朗克(M·Planck)在德国物理学会年会上提出 一个黑体辐射能量分布公式
(1.1.9
普朗克提出了能量量子化的假设：(1)黑体的腔
壁是由无数个带电的谐振子组成的，这些谐振子
不断地吸收和辐射电磁波，与腔内的辐射场交换
能量；(2)这些谐振子所具有的能量是分立的，
18
利用公式: 得到(1.1.9)普朗克公式.用波长表示即:
(1.1.10)
19
1.1.3 各黑体辐射公式与实验的比较
20
21
★ 核心思想：能量量子化 (不连续) !
能量不连续的概念与经典物理学是完 全不相容的！ Max Planck荣获1918年 Nobel Prize
普朗克 (1858—1947) 德国人 (60岁获诺贝尔奖)
27
关
1.2.3 光电效应的应用
光电效应的研究不仅在理论上有着重要的意义，在生 产、科研、国防等方面也有重要的应用价值。一类是 通过光电效应对光信号进行测量，另一类是利用光电 效应实现自动控制。
例如在电视、有声电影和无线电传真技术中把光信号 转化成电信号的光电管或光电池；在光度测量、计数 测量中把光信号变为电信号并进行放大的光电倍增管 等等，它们都有广泛的应用。通过光电效应进行自动 控制的例子更是屡见不鲜。例如公共场所楼房大门的 自动开合以及机床上自动安全装置等都可以用光电效 应来实现，它们的基本原理都是光波被遮挡后便产生 相应的电信号以实现所需要的控制。
dλ
上式称为斯忒藩—玻耳兹曼(Stefan-Boltzman)定律。
13
1.1.2黑体辐射的经典理论公式
维恩黑体辐射的能量分布经验关系式:
瑞利与金斯利用经典电动力学和统计物理学得到黑体辐射公式 (1.1.5)
14
瑞利和金斯首先认为空腔内的电磁辐射 形成一切可能形成的驻波，其节点在空 腔壁处，由此得到辐射场中单位体积内 频率ν 附近单位频率间隔内电磁辐射的
7
8
1859年基尔霍夫(G·R·Kirchhoff)指出：任
何物体在同一温度T下的辐射本领r(，T)与 吸收本领(，T)成正比，其比值只与ν和T
9
ρ(ν ，T)也表示物体在ν 附 近ν —ν+d ν 单位频率间隔辐 射的能量
10
对吸收本领(ν ，T)=1的绝对黑体，
对吸收本领(ν ，T)=1的绝对黑体， 只要测出其发射本领r(ν ，T)，就得到
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路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
原子物理学(近代物理学）
2
本学期课程的主要内容
第一章 光的粒子性与电子的波动性 第二章 原子的核式模型和玻尔理论 第三章量子力学基础 第四章 碱金属原子 第五章 多电子原子 第六章 磁场中的原子 第七章 原子核物理学 第八章 分子结构与光谱 第九章 粒子物理学
(1.1.6)
根据经典的能量均分定理，当系统处于热平衡时 ，经典的玻尔兹曼分布律仍可应用，每一个简谐 振子的能量可以在O到∞之间连续取值，则一个振
15
(1.1.7)
(1.1.8)
由此得到瑞利与金斯公式,当频率较低时，瑞利—金斯定 律的理论值与实验结果符合较好，频率较高时，就与实验 结果有很大差异，在紫外端发散，这就是当时物理学界所 称的“紫外灾难”,见图1.1.3各黑体辐射公式与试验的比 较.
热辐射能量谱ρ(ν，T)， 。有时将热辐
射能量谱表示成波长和温度的函数ρ(λ，
T)。如图1.1.2给出了不同温度下黑体辐 射的能谱分布曲线。
11
图1.1.2黑 体 辐 射 谱
12
黑体辐射谱的几点结论
(1)每条曲线都只由温度决定，与腔壁的材料无关。
(2)每条曲线都有一个极大值，其相应的波长设为，
λmax，随着温度T的增加，λmax的值减小，与绝对温
度T
λmaxT=b
(1.1.2)
其 中 b 是 一 个 常 数 b=2897.756μm·k 。 1893 年 维 恩 (W·Wien)曾在理论上推导出这一结果，因此式(1.1.2) 称为维恩定律。
(3)黑体辐射的总辐射本领与它的绝对温度的四次方成 正比
22
§1.2光电效应与爱因斯坦光量子理论
1.2.1光电效应实验规律
当光束照射在金属 表面上时，使电子从 金属中脱出的现象， 叫做光电效应。
截止电压与电子的动 能满足关系
(1.2.1) 1.2.1 光电效应装置图
23
24
实验发现，对于一 定的阴极材料，截止 电压V0与入射光的强 度无关而与光的频率
ν成正比.
当 ν 减 小 时 V0 线 性 地 减小，当ν小到某一数 值ν 0时，V0=0，这时
即使不加负电压也不
会有光电子发射了。ν
0称为光电效应的截止 频率或相应的波长
λ0=c/ν 0称为光电效应
的红限。
图1.2.2 截止电压与频率的关系
25
1.2.2 爱因斯坦光子假说
(1.2.2) (1.2.3)
(λ，T)来表示物体的吸收本领。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 它定义为物体在温度T时，有波长为 λ的光入射，被物体吸收的该波长的 光能量与入射的该波长的光能量之 比。
如果 (λ，T)=1，我们就称这种物体
叫黑体.
黑体能够吸收射到它表面的全部电 磁辐射
5
图1.1.1 空腔小孔
向远处观察 打开的窗子 近似黑体
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红外夜视仪
26
将(1.2.3)式代入(1.2.1)式，可 得：
(1.2.4)
如果作出eV0随ν变化的直线，该
直线的斜率便是h。1916年密立
根(R·A·Milikan) 用这一方法
求得普朗克常数的值，它与现代
值十分相近。由式(1.2.4)将V0=0
代入，便可得到截止频率ν
0=w/h, 因 而 它 只 与 材 料 性 质 w 有
它的能量与其振动频率ν成正比：ε0=h ν .式
中h即为普朗克常数h=6.6218×10-34(J·S),振子
与辐射场交换的 的整数倍εn=nε0
能量ε只能取 n=0,1,2…
基本
单
元能
量子
ε017
由于能量取离散值，因此利用统计理论 求平均值时采用求和得：
利用等比级数求 和公式:
带入上式 可得: