第16章早期量子物理优秀课件

q 45o
2.新波长 l 随散射角的增大而
增大
3.当散射角增大时，原波长的谱
q 90o
线强度降低，而新波长的谱线 强度升高
康普顿散射
q 135o
在散射光线中出现波长
大于入射光波长的成分的现
l 象叫康普顿效应。
1924年，吴有训对不同物质的康普 顿效应的进行了仔细研究
能量子 光量子假说
原子及量子概念
原子有核模型 （旧量子论） 氢原子光谱规律
B、量子力学的建立（崭新概念）
1924年 德布罗意 1925年 海森伯 1926年 薛定谔
1927年 海森伯 波恩 狄拉克
物质波，波粒二象性
矩阵力学
波动力学 量子力学理论
量子力学理论
测不准关系
波函数的统计诠释
相对论量子力学
C、量子力学的进一步发展（应用、发展）
b T
2.898 1 03989 n0 m 293
M (T )T 45 .6 7 1 8 0 24 93
41W 8m2
宇宙的微波背景辐射
T2.73K
三、黑体辐射公式
1.维恩公式
1896年
βν
Mν(T)αν3eT
2. 瑞利-金斯公式
1900年
Mν(T)2πc2ν2 kT
“紫外灾难” 1904年 Nobel Prize，发现氩
1916年，密立根用实验验证了光电效应方程
爱因斯坦，1921年 Nobel Prize 密立根，1923年 Nobel Prize
四、光的波粒二象性 εhν
m
hν c2
P
h l
能量 ，动量P，数量N
粒子性
εP h lhνn ˆω k
波长l，频率n，振幅A
波动性
五、光电效应的应用
光控继电器示意图
光
放大器 接控件机构
(总)辐射出射度
M(T)0Ml(T)dl
M(T) 0
Mν(T)dν
单色吸收比
(l,T)
吸收的电磁波能量 入射的电磁波能量
物体的吸收本领
单色反射比
(l,T)
反射的电磁波能量 入射的电磁波能量
物体的反射本领
ν
(l,T )(l,T )1
平衡热辐射 一个好的吸收体也是一个好的发射体
真空 B1 B2 B3
1918年 Nobel Prize
§2 光电效应 爱因斯坦的光量子论
一、光电效应的实验规律
K
A
1887年，赫兹发现
OO
1902年 勒纳德 1.饱和电流 2.截止电压
OO
OO
G
V
3.红限频率 4.驰豫时间小于10-9 s
B
OO
1905年 Nobel Prize
I
饱和 I m 电流
光强较强 光强较弱
U0 (V)
Cs
Na Ca
U
U0
ν0
ν(1014Hz)
二.经典物理学所遇到的困难
截止电压
红限频率 弛豫时间小于10-9 s
三.爱因斯坦的光量子论
1905年，爱因斯坦提出了光子假说 hv12mm 2 A
(1)光是由光子组成的光子流
(2)光子的能量 hν
最大初动能：1
2
mm2
逸出功：A hv0
eU 0
圆满解释了光电效应的实验规律 光电效应方程
第16章早期量子物理
量子物理
布埃
拉伦
格费
德 拜
斯 特
德
狄薛 拉定 克谔
康布
普 顿
罗意 泡利
海 森 堡
波 恩
波 尔
wk.baidu.com
普 朗 克
居 里 夫 人
洛 伦 兹
爱 因 斯 坦
朗 之 万
威 尔 逊
量子力学的发展
A、 旧量子论的形成（冲破经典→量子假说）
1900年
1905年 1910年 1913年
普朗克
爱因斯坦 卢瑟福 波尔
白体 (ν,T)0
灰体 0(ν,T)1
ν( M 1 8 0 W 2 m z 1 H)
黑体是完全的吸收体，
也是理想的辐射体。
黑体辐射的实验曲线
每条曲线有一极值频率nm 曲线下面积随 T 单调增加
νm
ν(1014 Hz)
ν( M 1 8 0 W 2 m z 1 H)
黑体辐射的实验规律
1.斯特藩-玻耳兹曼定律 1879年，斯特藩
1884年，玻耳兹曼
M (T)0 M ν(T)ν dT4
5.670 150 81 W/2K (4m )
2.维恩位移定律
νmcν T
Ml (T)
ν(1014 Hz)
可 见 光 区
cν 5.881100Hz/0.K 5
6000K
lm T b
1911年
3000K
Nobel Prize b2.8918 0 3m K 0 l m 1000
§3 康普顿散射
1922-1923年，康普顿研究X射线的散射
一、实验装置
X 射线管
晶体
光阑 散射波 l
探
l0
q
测 器
石墨
X 射线谱仪
(散射物质)
入射X光： 钼的K线 l7.126nm
利用X射线谱仪测量不同散射角q上的散射波长
二、实验结果
散射谱线的几个特点：
q 0o
1.除原波长l外，出现了移向长
波方向的新的散射波长l
实用中常取
h
2
普朗克黑体辐射公式
能量不连续，只能取某一最小能
Mν(T)2πc2ν2 ekhhTνν1
量的整数倍—能量是量子化的
βν
Mν(T)αν3eT
M(T)σT4
Mν(T)2cπν22
hν
hν
ekT1
Mν(T)2πc2ν2 kT
νm cν T
Ml(T)2πlh5 c2 ekhT1lc1求极值 lmTb
l(nm)
2000
Ml (T)
νm cν T cν5.881100Hz/K
可 见
lmTb b2.8918 0 3m K
光 区
太阳 T600K0
0.5
6000K
lm 483nm
3000K
M (T )6.417W 0m 2
0 l m 1000
室温下单色辐射出射度的峰值对应的波长
l(nm)
2000
l
m
绝热恒温体 室温下 反射光
1100K,自身辐射
1859年 基耳霍夫 F(ν,T) M(νν(,TT))
F(n,T )为与物体无关的普适函数
基耳霍夫定律
二、黑体和黑体辐射的实验规律
(ν,T)1 F(ν,T)M ν(T)
(绝对)黑体 任何温度下都能完全吸收照射在其上的任何频 率的辐射 黑体模型 不透明材料空腔开的一个小孔
3.普朗克黑体辐射公式
M 0l
1900.10.19
Mν(T)2πc2ν2
hν
hν
ekT1
与实验结果惊人地符合
普朗克公式 h6.62 163 0J4 s普朗克常数
四、普朗克能量子假说
1900年12月14日
(1)黑体—带电线性谐振子 量子论的生日
(2)能量不连续，ε nε0 (3)能量子 ε0 hν
第16章 早期量子论
室
§1 黑体辐射和普朗克能量子假说
温
一、 热辐射
几
红外夜视图
千
单色辐射出射度
K
单位时间内，物体上单位面积发射的波长在
l~l+dl范围内的辐射能与波长间隔dl的比值 Ml(T) 。
Ml(T)dMdl(T)
单色辐射出射度亦称物体的单色辐射本领
Ml(T)dMdl(T)
Mν(T)dMdν(T)