第12章量子物理学PPT课件

1 eUa Ekm2m
m V2 ax
（2）最大初动能与光频成线 性关系
（3）光电效应的红限现象
（4）光电效应的瞬时性
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量子物理学
3.A.Einstein的光量子理论：
①能量本身也是由一份份能量包组成， 这种能量包称为光量子，简称光子； ②每个光子的能量为ε= hν。
hEkm W1 2mm V 2W
少？ ④遏止电势差是多少？
解：①
h0
c h
0
W
0W hc5.4051 07m
②
h EkmaxW1 2mm Va 2 xW
E k m a1 2 xm m 2V h c W 1 .2 1 9 1 0 J 9
③ 出射光电子的最小初动能
④
eUa Ekmax
Ekm i n0
Ua
Ekmax e
0.81V
X射线射到物质块上散射时，散射X线中具有比入射线波长 更长的成分称为Compton效应。
为光量子理论提供实验证据的著名效应。
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量子物理学
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量子物理学
可将其理解为光子与自由电子作完全弹性碰撞的结果。
能量m 守 0c2恒 h0： m2 ch
X 方 向 动 h 量 0h 守 co 恒 smc ： vo s
截止频率或红限频率
W
h0
c h
0
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4.光子的质量与动量：
能量
Eh
质量
m
E c2
h
c2
h h
动量
pmc
c
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量子物理学
例题：从钠中脱出一个电子至少需要2.3eV的能量，今有波长为
400nm的光投射到钠表面上，问：①钠的红限波长是多少？②出
射光电子的最大初动能是多少？③出射光电子的最小初动能是多
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量子物理学
例-习题12.6：当钠光灯发出的波长为589.3nm的黄光照射某一光 电池时，为了遏止所有电子到达收集器，需要0.30V的负电压。如 果用波长400nm的光照射这个光电池，若要遏止电子，需要多高 的电压？极板材料的逸出功为多少？
解：
c
hEkm WeU aW
c
W1h1 eU a 1.8e1V
(2)维恩位移定律
Tm b
b2 .89 18 3 0 m K
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2.普朗克的能量子假设
为了从理论上对绝对黑体的辐射规律给予解释，有许多种， 较成功的理论公式有两个：（但都有缺陷）
瑞利-金斯公式
2 MB(T)4 kTc
维恩公式
MB
(T)
C1
5
- C2
e T
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1900年M.Plank总结了前人的工作，大胆提出 了“能量子”的假设。
1.光电效应的实验规律：
① 存在遏止电势差Ua，遏止电势差Ua与 入射光强度无关，饱和电流与入射光强 成正比；
② 存在截止频率ν0，且遏止电势差Ua 与入射光频率成正比；
③ 反应时间小于10-9秒。
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2.经典电磁理论的困难：
（1）最大初动能与光强无关 (Ua 与光强无关）
例.习题12-1：氦氖激光器发射波长632.8nm的激光。若激光器的 功率为1.0mW，试求每秒钟所发射的光子数。
解： 一个光子的能量
E h hc
激光器功率P数值上等于每秒钟发射光子的总能量， 故每秒钟所发射的光子数
NPP3.1 811051/s
E hc
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三、Compton效应
cc
Y 方向动0量 h守 sin 恒 ms： vin
c
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解得：
0
h (1cos) 2hsin2
m0c
m0c 2
其中 C mh0c0.002n4m
0 0 .00 (1 c 2 o 4 )n sm
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作 业:
12.2 12.3 12.4 12.5
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四、实物粒子的波粒二相性
1、德布罗意(De.Broglie)假设：（1924年）
德布罗意从美学和对称性出发，认为一般实物粒子（如电 子、质子、中子等）也应该具有波粒二象性，故提出假设：
一个能量为E、动量为p的粒子，从波动观点看相当
于具有波长为、频率为的波，这种波称为物质波。
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一、黑体辐射和普朗克假设
十九世纪末、二十世纪初经典物理学理论已经确立。但仍然 有两个实验现象无法很好解释。
①热辐射实验
②迈克尔孙--莫雷实验
量子理论的诞生
相对论的诞生
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1.绝对黑体的两个热辐射定律
(1)斯忒藩－波尔兹曼定律
MB(T)T4 5 .6 1 7 8 W 0m -2 K -4
Em2ch
p
mv
h
注意该速度为群速，不
满足 vv
m m0
1
v2 c2
v<<c时， m=m0
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德布罗意波波长
h
mv
167页例题12.3：计算 m 11 1 0k 5， gv21 3 0 m的/细s菌 微粒及 Ek 54eV的电子的德布罗意波长。
细菌微粒， h 3.31016m 不显示其波动性
量子物理学
本章教学基本要求
1、了解黑体辐射，了解普朗克量子假设，理解光电效应的实验 规律，掌握爱因斯坦的光子理论对光电效应的解释； 2、理解实物粒子的波粒二相性； 3、理解海森堡的不确定性关系； 4、理解波函数及其统计解释； 5、掌握玻尔氢原子能级公式；了解氢原子的量子力学描述，理 解波函数的四个量子数 。
mv
动能为54eV的电子 h h 1.67 1 010m
mv 2mEk
德布罗意波长与原子线度相当，需用晶体衍射观察其 波动性。
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量子物理学
德布罗意波的实验验证：
(1)C.J.Davisson-L.H.Germer电子衍 射实验(1927年）， 研究电子束在晶体表 面上散射
1.频率为 的谐振子只能取下列不连续能量：
n nhn 0 ,1 ,2 ,...
2.谐振子只能发射或吸收等于一个能量子的能量
M B (T )
2h2c
hc
5(ekT 1)
h6.6 3 13 0J 4s
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量子物理学
二、光电效应
金属表面被光照射时有电子从表面逸出的现象称为光电效应。
h c W
Ua
2
e
1.30V
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量子物理学
5.光的波粒两象性
光 是 波 波 动长 频 率
ph
c
h
Eh, mhc2
能 量 光 是 粒 子质 量 动 量
E h h
m c2 p mc h
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量子ห้องสมุดไป่ตู้理学
看到了 什么？
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少女和老妇两象性
量子物理学