大学物理13.1-量子论的形成ppt课件.ppt

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1、13.1量子论的形成量子论的形成13.1.1黑体辐射和黑体辐射和13.1.2光电效应和光电效应和13.1.3原子结构与原子光谱原子结构与原子光谱普朗克能量子假设普朗克能量子假设爱因斯坦光子假设爱因斯坦光子假设玻尔的量子论玻尔的量子论13.1.4例题分析例题分析火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去13.1.1黑体辐射和黑体辐射和普朗克的能量子假设普朗克的能量子假设1.热辐射的基本概念热辐射的基本概念组成一切物体的分子都

2、包含带电粒子，组成一切物体的分子都包含带电粒子，而分子的热运动将导致物体向外不断的发射而分子的热运动将导致物体向外不断的发射电磁波电磁波.因这种辐射与温度有关，故称之为因这种辐射与温度有关，故称之为热辐射热辐射.高温物体发出的是高温物体发出的是紫外光紫外光；炽热物体发出的是炽热物体发出的是可可见见光光;低温物体发出的是低温物体发出的是红外光红外光.平衡、平衡、平衡热辐射平衡热辐射（温度是固定的）（温度是固定的）火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 黑体既是最好的吸收体，也是最好的辐黑体既是最好的吸收体，也是最好的辐射体射体

3、.2.黑体概念的引入黑体概念的引入 投射到物体表面的电磁波可能被吸收，投射到物体表面的电磁波可能被吸收，也可能被反射和透射也可能被反射和透射.能够全部吸收各种波能够全部吸收各种波长的电磁辐射能而不发生反射和透射的物体长的电磁辐射能而不发生反射和透射的物体称为称为黑体黑体.黑体是研究热辐射的一个中心问题黑体是研究热辐射的一个中心问题.黑体辐射黑体辐射:空腔中的电磁辐射空腔中的电磁辐射.火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去注意：注意：(1)黑体并不是看不见的物体；黑体并不是看不见的物体；(2)黑体在常温下是很暗的物体；黑体在常

4、温下是很暗的物体；(3)黑体在高温下是很亮的物体黑体在高温下是很亮的物体.火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 单位时间内，从温度为单位时间内，从温度为T 的物体表面单的物体表面单位面积上辐射的、波长在位面积上辐射的、波长在 到到 范围内范围内的辐射能量的辐射能量 与波长间隔与波长间隔 的比值的比值.3.单色辐射出射度单色辐射出射度通过实验得到了黑体辐射的曲线如下通过实验得到了黑体辐射的曲线如下:火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去火灾袭来时要迅速疏散

5、逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 4.经典物理学所遇到的困难经典物理学所遇到的困难1896年据热力学理论及实验数据的分析年据热力学理论及实验数据的分析而得的而得的维恩公式维恩公式,在短波区符合的很好在短波区符合的很好,而在而在长波区差异很大长波区差异很大,故形象的称为故形象的称为“红外灾难红外灾难”如何从理论上导出黑体的单色辐出度的如何从理论上导出黑体的单色辐出度的数学表达式，使其与实验曲线符合，是数学表达式，使其与实验曲线符合，是19世世纪末物理学中的两大难题之一纪末物理学中的两大难题之一.1900年据经典电动力学和统计物理学理年据经典

6、电动力学和统计物理学理论推导而得的论推导而得的瑞利瑞利-金斯公式金斯公式,在长波区符合在长波区符合的很好的很好,而在短波区差异很大而在短波区差异很大,故形象的称为故形象的称为“紫外灾难紫外灾难”火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去5.普朗克的能量子假设普朗克的能量子假设普朗克公式普朗克公式:为了从理论上得到上述公式为了从理论上得到上述公式普朗克提出普朗克提出了能量子假设了能量子假设,其核心可归结为其核心可归结为:普朗克公式是普朗克公式是1900年总结而得到的纯经年总结而得到的纯经验公式验公式.获获1918年诺贝尔奖年诺贝尔

7、奖.对于一定频率对于一定频率 的电磁辐射，物体只能的电磁辐射，物体只能以以h 为单位发射和吸收它为单位发射和吸收它.h 称为普朗克称为普朗克常量常量.火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去13.1.2光电效应和爱因斯坦光子假设光电效应和爱因斯坦光子假设1.光电效应及其实验规律光电效应及其实验规律光电效应光电效应光电子光电子光电流光电流光子光子电池电池光电效应的实验装置光电效应的实验装置光电效应是由赫兹发光电效应是由赫兹发现的，当汤姆逊发现了电现的，当汤姆逊发现了电子之后，勒纳才证明了所子之后，勒纳才证明了所发出的带电粒子是电

8、子发出的带电粒子是电子.火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去（1）遏止电压遏止电压 （2）红限频率红限频率（3）延迟时间延迟时间（4）光电流光电流I火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去2.经典物理学所遇的困难经典物理学所遇的困难 光电效应的发生与入射光的频率有关且光电效应的发生与入射光的频率有关且瞬间完成瞬间完成.这是经典物理学所无法解释的这是经典物理学所无法解释的.3.爱因斯坦的光量子论爱因斯坦的光量子论爱因斯坦认为，辐射场是由光量子所组爱因斯坦认为

9、，辐射场是由光量子所组成，每个光量子的能量与辐射频率的关系为：成，每个光量子的能量与辐射频率的关系为：光量子的动量与辐射频率的关系为：光量子的动量与辐射频率的关系为：火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去逸出功逸出功爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程它成功地解释了经典物理学在解释光电它成功地解释了经典物理学在解释光电效应时所遇的困难，爱因斯坦因光电效应于效应时所遇的困难，爱因斯坦因光电效应于1921年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖.光量子的质量与辐射频率的关系为：光量子的质量与辐射频率的关系为：所以由能量守恒定律得所以由能量守

10、恒定律得火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去4.光量子论的实验证实光量子论的实验证实康普顿效应康普顿效应 伊夫于伊夫于1904年发现了年发现了 射线的散射射线的散射,康普康普顿顿1904年研究了年研究了 和和X 射线的散射射线的散射,光被物质光被物质散射后波长改变的现象称为散射后波长改变的现象称为康普顿效应康普顿效应.康普顿散射实验康普顿散射实验火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去康普顿效应的意义在于，它不仅证明了康普顿效应的意义在于，它不仅证明了光的

11、粒子性，而且还证明了在微观范围内动光的粒子性，而且还证明了在微观范围内动量和能量守恒定律仍成立量和能量守恒定律仍成立.火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去分析碰撞机制可知：分析碰撞机制可知：碰撞过程中能量和碰撞过程中能量和动量均守恒动量均守恒.光子与静止电子碰撞光子与静止电子碰撞火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去康普顿波长康普顿波长(Comptonwavelength)康普顿因发现此效应于康普顿因发现此效应于1927年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖.火灾袭来

12、时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去13.1.3原子结构与原子光谱原子结构与原子光谱玻尔的量子论玻尔的量子论1.原子的核式结构原子的核式结构汤姆孙模型汤姆孙模型卢瑟福模型卢瑟福模型伦琴伦琴贝克勒耳贝克勒耳e 汤姆孙汤姆孙卢瑟福模型卢瑟福模型（1911）盖革和马斯顿实验检验盖革和马斯顿实验检验（1913）粒子散射粒子散射（1909）火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去原子光谱是研究原子结构的一种重原子光谱是研究原子结构的一种重要手段要手段.按照原子的卢瑟福模型，

13、原子是由原子按照原子的卢瑟福模型，原子是由原子核和核外电子组成，电子绕着原子核在高速核和核外电子组成，电子绕着原子核在高速旋转，那么将出现原子旋转，那么将出现原子坍缩坍缩.但原子是稳定但原子是稳定的的.这样经典物理遇到了不可克服的困难这样经典物理遇到了不可克服的困难.2.原子光谱原子光谱原子的辐射是由一定的频率成份构成的原子的辐射是由一定的频率成份构成的特征光谱，这些特征光谱是一条条离散的特征光谱，这些特征光谱是一条条离散的线线状谱状谱，它只决定于原子本身，所以称其为，它只决定于原子本身，所以称其为原原子光谱子光谱.火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或

14、裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去氢原子光谱的实验装置氢原子光谱的实验装置 氢原子光谱巴耳末系谱线图氢原子光谱巴耳末系谱线图火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去氢原子光谱的实验结果分析氢原子光谱的实验结果分析 存在一个界限称之为线系限存在一个界限称之为线系限,波长小于线波长小于线系限部分系限部分,有一段连续紫外光谱有一段连续紫外光谱.红端谱线稀红端谱线稀,紫端谱线蜜紫端谱线蜜,紫外更蜜紫外更蜜;从红光到紫光有一系列分立的谱线从红光到紫光有一系列分立的谱线;巴耳末公式巴耳末公式广义巴耳末公式广义巴耳末公式火灾袭来时要迅速疏散逃生

15、，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去LymanseriesBalmerseriesPaschenseriesBrackettseriesLymanseries紫外区紫外区红外区红外区可可见见光光经典电动力学无法解经典电动力学无法解释原子的线状谱释原子的线状谱!火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去3.玻尔的量子论玻尔的量子论为了解决经典电动力学无法解释原子线为了解决经典电动力学无法解释原子线状谱这一问题，玻尔提出了三条假设：状谱这一问题，玻尔提出了三条假设：(1)定态定态(st

16、ationarystate)假设假设(2)跃迁跃迁(transition)假设假设(3)角动量角动量(angularmomentum)量子化假设量子化假设火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去根据这三条假设，及经典理论玻尔求出根据这三条假设，及经典理论玻尔求出了氢原子的能级公式了氢原子的能级公式氢原子光谱线的波数为：氢原子光谱线的波数为：火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去玻尔的量子论不仅成功地揭开了玻尔的量子论不仅成功地揭开了“巴耳巴耳末公式之迷末公式

17、之迷”，而且他首次打开了人们认识，而且他首次打开了人们认识原子结构的大门，更重要的是为量子物理的原子结构的大门，更重要的是为量子物理的建立奠定了坚实的基础建立奠定了坚实的基础.但他还是存在严重但他还是存在严重的缺陷的缺陷.理论本身仍是以经典理论为基础；理论本身仍是以经典理论为基础；电子处于定态时不辐射又和经典理论相电子处于定态时不辐射又和经典理论相抵触；抵触；量子化条件的引入没做具体地解释；量子化条件的引入没做具体地解释；对谱线强度、宽度、偏振等问题无法处对谱线强度、宽度、偏振等问题无法处理理.火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢

18、地冲出去13.1.4例题分析例题分析1.已知铝的逸出功为已知铝的逸出功为4.2eV，今用今用200nm的的光照射铝的表面，求：光照射铝的表面，求：（1）光电子的最大动光电子的最大动能；能；（2）遏止电压；遏止电压；（3）铝的红限波长铝的红限波长.解解（1）由爱因斯坦光电效应方程可得光电子的由爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大动能为最大动能为 （2）由遏止电压与最大动能的关系由遏止电压与最大动能的关系 可得遏止电压为可得遏止电压为 火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去（3）由红限波长与红限频率的关系及铝的由红限波长与红限频

19、率的关系及铝的红限波长与逸出功的关系红限波长与逸出功的关系 可得铝的可得铝的红限波长为红限波长为2.在在康普顿散射中，设入射光子的波长康普顿散射中，设入射光子的波长为为0.003nm，今测得反冲电子的速度为，今测得反冲电子的速度为0.6c（c为真空中的光速为真空中的光速），求散射光子的方向及，求散射光子的方向及波长波长.火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去解解 设电子的动质量与静质量分别为设电子的动质量与静质量分别为m 和和 ，在散射中电子增加的能量为在散射中电子增加的能量为 由由于于电电子子能能量量的的增增加加等等于于光

20、光子子能能量量的的减减少，因此有少，因此有火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去所以散射光的波长为所以散射光的波长为 代入已知数据可得散射光与入射光方向代入已知数据可得散射光与入射光方向之间的夹角为之间的夹角为火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 3.在基态氢原子被外来单色光激发后发出在基态氢原子被外来单色光激发后发出的巴耳末线系中，观察到了波长较长的两条谱的巴耳末线系中，观察到了波长较长的两条谱线线.试求这两条谱线的波长和外来光的频率试求这两条谱线的波长和外来光的频率.解解 由于在巴耳末线系中观察到的是波长较长由于在巴耳末线系中观察到的是波长较长的两条谱线，因此只能是第的两条谱线，因此只能是第3能级跃迁到第能级跃迁到第2能能级和第级和第4能级跃迁到第能级跃迁到第2能级产生的谱线能级产生的谱线.所以所以 火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去