第16章 早期量子论PPT讲稿.ppt
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1、第第16章章 早期量子论早期量子论第1页,共34页,编辑于2022年,星期日量子力学的诞生量子力学的诞生 三个实验三个实验(1)黑体辐射)黑体辐射(2)光电效应)光电效应(3)原子光谱)原子光谱三个飞跃三个飞跃(1)普朗克能量子假说)普朗克能量子假说(2)德布罗意物质波假设)德布罗意物质波假设(3)薛定谔方程与)薛定谔方程与 玻恩概率波解释玻恩概率波解释第2页,共34页,编辑于2022年,星期日31905年年 爱因斯坦爱因斯坦 光量子假说光量子假说1910年年 卢瑟福卢瑟福 原子有核模型原子有核模型1913年年 波尔波尔 氢原子光谱规律氢原子光谱规律原子及量子概念原子及量子概念1924年年 德
2、布罗意德布罗意 物质波,波粒二象性物质波,波粒二象性1925年年 海森伯海森伯 矩阵力学矩阵力学1926年年 薛定谔薛定谔 波动力学波动力学 量子力学理论量子力学理论1927年年 海森伯海森伯 测不准关系测不准关系 波恩波恩 波函数的统计诠释波函数的统计诠释 狄拉克狄拉克 相对论量子力学相对论量子力学量子力学理论量子力学理论1900年年 普朗克普朗克 能量子能量子(旧量子论)(旧量子论)A、旧量子论的形成旧量子论的形成(冲破经典冲破经典量子假说量子假说)B、量子力学的建立、量子力学的建立(崭新概念崭新概念)C、量子力学的进一步发展、量子力学的进一步发展(应用、发展应用、发展)第3页,共34页,
3、编辑于2022年,星期日4热辐射热辐射温度不同时温度不同时 辐射的波长分布不同辐射的波长分布不同是是热能转化为电磁能的过程热能转化为电磁能的过程逐渐升温逐渐升温火火炉炉600度1000度400度16.1 热辐射热辐射 普朗克量子假说普朗克量子假说一、一、热辐射及其定量描述热辐射及其定量描述由于分子热运动导致物体辐射电磁波由于分子热运动导致物体辐射电磁波热辐射过程的实质热辐射过程的实质是是物体向外辐射电磁波物体向外辐射电磁波辐射能辐射能热辐射谱是连续的;热辐射谱是连续的;平衡热辐射;平衡热辐射;只要只要T 0 K,就有热辐射;就有热辐射;第4页,共34页,编辑于2022年,星期日5辐射出射度辐射
4、出射度(辐出度辐出度)-M=M(T)物体在一定温度下,单位时间内从物体表面单位面积上所辐物体在一定温度下,单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的全部波长的电磁波能量的总和。射出来的全部波长的电磁波能量的总和。单色辐射出射度(单色辐出度)单色辐射出射度(单色辐出度)(也称也称光谱辐射出射度)光谱辐射出射度)单位时间内从物体单位表面向前方半球发出的波长在单位时间内从物体单位表面向前方半球发出的波长在 附近单附近单位位波长波长间隔内的电磁波的能量间隔内的电磁波的能量(单位时间内)(单位时间内)T单位面积单位面积 总辐出度总辐出度(总辐射本领总辐射本领)单位:单位:w m-2(瓦瓦 米米-2)辐射
5、出射辐射出射度与度与有关有关只讨论平衡热辐射的情况只讨论平衡热辐射的情况太复杂了!太复杂了!提出提出“理想模型理想模型”的的方法。方法。绝对黑体绝对黑体绝对黑体绝对黑体第5页,共34页,编辑于2022年,星期日6二、二、绝对黑体辐射定律绝对黑体辐射定律 普朗克公式普朗克公式实验表明:实验表明:一个好的吸收体一定也是一个好的发射体。一个好的吸收体一定也是一个好的发射体。一个好的吸收体一定也是一个好的发射体。一个好的吸收体一定也是一个好的发射体。能完全吸收照射到它上面的任何波能完全吸收照射到它上面的任何波长的入射辐射能的物体。长的入射辐射能的物体。绝对黑体绝对黑体绝对黑体绝对黑体(简称黑体简称黑体
6、简称黑体简称黑体)理想模型理想模型理想模型理想模型人造绝对黑体模型人造绝对黑体模型 带有小孔的空腔带有小孔的空腔辐射本领与辐射本领与波长的关系波长的关系吸收吸收发射发射 你所见过你所见过的最黑的物的最黑的物体或地方?体或地方?第6页,共34页,编辑于2022年,星期日7斯特藩斯特藩斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律斯特藩斯特藩玻尔兹曼常量玻尔兹曼常量辐射本领与波辐射本领与波长的关系长的关系曲线与横轴围的面积曲线与横轴围的面积就是就是M(T)总辐射功率为总辐射功率为到达地面时,辐射能已扩大到半径为到达地面时,辐射能已扩大到半径为 的球面的球面故有故有已知:已知:试估算某
7、恒星的半径试估算某恒星的半径解:解:r=4.3 1017m,T=5200K,M(T)=1.2 10-18Wm-2,第7页,共34页,编辑于2022年,星期日8维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律常量常量峰值波长辐射本领与波长辐射本领与波长的关系的关系若视太阳为黑体,测得若视太阳为黑体,测得估算出太阳表面温度约估算出太阳表面温度约 T表面表面 5000K1989年年COBE卫星测宇宙辐射的能谱分布,发现卫星测宇宙辐射的能谱分布,发现 m 1 mm。试估算宇宙的平均温度。试估算宇宙的平均温度。解:用黑体辐射的维恩位移定律计算出宇宙的平均温度为解:用黑体辐射的维恩位移定律计算出宇宙的平均
8、温度为微波背景辐射微波背景辐射彭齐亚斯(彭齐亚斯(A.A.Penzias)和威尔逊()和威尔逊(R.W.Wilson)荣获荣获1978年度的诺贝尔物理学奖年度的诺贝尔物理学奖第8页,共34页,编辑于2022年,星期日9瑞利瑞利-金斯线金斯线 为解释黑体辐射规律,为解释黑体辐射规律,1900年瑞利和金斯用能量均分定理和电年瑞利和金斯用能量均分定理和电磁理论导出一个公式:磁理论导出一个公式:黑体辐射的瑞利黑体辐射的瑞利金斯公式金斯公式金斯公式金斯公式 经典物理的困难经典物理的困难经典物理的困难经典物理的困难该公式只适用于长波段该公式只适用于长波段,而在短波段而在短波段(紫外区)与实验不符。(紫外区
9、)与实验不符。-紫外灾难紫外灾难普朗克线普朗克线1900.12.14 普普朗克在德国物朗克在德国物理学会会议上理学会会议上提出一个黑体提出一个黑体辐射公式辐射公式M.Planck 普朗克常数普朗克常数维恩线维恩线第9页,共34页,编辑于2022年,星期日1010普朗克常数普朗克常数-h 是一个普适常数是一个普适常数普朗克能量子假定:普朗克能量子假定:振子的能量不连续。振子的能量不连续。E=n ,n=1,2,3.=h-能量子能量子基本物理思想:基本物理思想:辐射黑体中的分子、原子可看作辐射黑体中的分子、原子可看作线性谐振子线性谐振子 振动时向外辐射能量(也可吸收能量)振动时向外辐射能量(也可吸收
10、能量)物体发射或吸收电磁辐射时物体发射或吸收电磁辐射时 交换能量的最小单位是交换能量的最小单位是“能量子能量子”=h 普朗克量子假设:普朗克量子假设:第10页,共34页,编辑于2022年,星期日1116.2 光电效应光电效应实验装置:实验装置:GD为光电管,光通过石英窗口照射为光电管,光通过石英窗口照射阴阴极极K,光电子从阴极表面逸出。光电子从阴极表面逸出。光电子在电场加速下向光电子在电场加速下向阳极阳极A 运动,形成光电流。运动,形成光电流。实验规律如下:实验规律如下:ARiVAKGDI光电效应光电效应光照射某些金属时能从表面释放出电子的光照射某些金属时能从表面释放出电子的效应。产生的电子称
11、为效应。产生的电子称为光电子。光电子。改变改变A,K几间的电势差几间的电势差VAK,可测的光电流可测的光电流I 随随VAK的变化关系的变化关系(伏伏安特性曲线安特性曲线)一、一、光电效应的实验规律光电效应的实验规律第11页,共34页,编辑于2022年,星期日121.光电流和入射光强度关系光电流和入射光强度关系 入射光频率一定时,饱和光电流入射光频率一定时,饱和光电流强度强度 im与入射光强度成正比。与入射光强度成正比。伏安特性曲线伏安特性曲线2.光电子的初动能和入射光频率的关光电子的初动能和入射光频率的关系系与频率与频率 有关,有关,存在红限频率存在红限频率Va0 CsNa Ca截止电压截止电
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