介绍黑体辐射光电效应优秀课件.ppt

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1、介绍黑体辐射光电效介绍黑体辐射光电效应应第1页，本讲稿共53页物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学经典物理经典物理经典物理经典物理现代物理现代物理现代物理现代物理力学热学电磁学光学相对论相对论相对论相对论量子论量子论量子论量子论非线性非线性非线性非线性时间 t关关关关键键键键概概概概念念念念的的的的发发发发展展展展力学力学力学力学电磁学电磁学热学热学相对论相对论量子论量子论1600 1700 1800 1900第2页，本讲稿共53页二十世纪重大发现二十世纪重大发现1.电子的发现：2.X射线的发现：

2、3.放射性的发现：重要意义：打开了原子世界大门！重要意义：X射线是什么？电磁波还是粒子？重要的应用！重要意义：打开原子核的大门，原子核会裂变原子能！总之，这些发现向我们打开一个崭新世界！总之，这些发现向我们打开一个崭新世界！总之，这些发现向我们打开一个崭新世界！总之，这些发现向我们打开一个崭新世界！第3页，本讲稿共53页近年来的发展：*粒子物理 高能加速器产生新粒子，已发现300种。麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法。*天体物理 运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球 进行观 测和研究，从而得出相应的天文规律的学科。应用经典、量 子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理。*太阳中微子短

3、缺问题太阳中微子短缺问题太阳中微子短缺问题太阳中微子短缺问题*引力波存在的问题引力波存在的问题引力波存在的问题引力波存在的问题 *物体的速度能否超过光速的问题物体的速度能否超过光速的问题物体的速度能否超过光速的问题物体的速度能否超过光速的问题第4页，本讲稿共53页*非平衡热力学及统计物理非平衡热力学及统计物理非平衡热力学及统计物理非平衡热力学及统计物理 物理学发展的总趋向：物理学发展的总趋向：物理学发展的总趋向：物理学发展的总趋向：*学科之间的大综合。*相互渗透结合成边缘学科。二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出从经典物理学到量子力学过渡

4、时期的三个重大问题的提出从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出 光电效应光电效应光电效应光电效应 康普顿效应。康普顿效应。康普顿效应。康普顿效应。黑体辐射问题，即所谓黑体辐射问题，即所谓黑体辐射问题，即所谓黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难紫外灾难紫外灾难紫外灾难”。原子的线光谱和原子结构。原子的线光谱和原子结构。原子的线光谱和原子结构。原子的线光谱和原子结构。第5页，本讲稿共53页“牛人牛人牛人牛人”图图图图第6页，本讲稿共53页 这张照片是1927年第五届索尔维会议(布鲁塞尔)参加者的合影。索尔维是一个很像诺贝尔的人，本身既是科学家

5、又是家底雄厚的实业家，万贯家财都捐给科学事业。诺贝尔是设立了以自己名字命名的科学奖金，索尔维则是提供了召开世界最高水平学术会议的经费。1.彼得德拜彼得德拜（Petrus Josephus Wilhelmus Debye）美国物理化学家。）美国物理化学家。1884年年出生于荷兰。出生于荷兰。1901年进入德国亚琛工业大学学习电气工程，年进入德国亚琛工业大学学习电气工程，1905年获电子工程年获电子工程师学位，师学位，因他通过偶极矩研究及因他通过偶极矩研究及因他通过偶极矩研究及因他通过偶极矩研究及x x射线衍射研究对分子结构学科所作贡献而于射线衍射研究对分子结构学科所作贡献而于射线衍射研究对分子结

6、构学科所作贡献而于射线衍射研究对分子结构学科所作贡献而于19361936年年年年获诺贝尔化学奖金获诺贝尔化学奖金获诺贝尔化学奖金获诺贝尔化学奖金。1966年逝世。年逝世。第7页，本讲稿共53页2.2.威廉亨利布喇格威廉亨利布喇格威廉亨利布喇格威廉亨利布喇格（William Henry Bragg，18621942）英国物理学家。是现代固体英国物理学家。是现代固体物理学的奠基人之一。物理学的奠基人之一。由于在使用由于在使用由于在使用由于在使用x x射线衍射研究晶体原子和分子结构方面所作出的开创射线衍射研究晶体原子和分子结构方面所作出的开创射线衍射研究晶体原子和分子结构方面所作出的开创射线衍射研究

7、晶体原子和分子结构方面所作出的开创性贡献，他与儿子分享了性贡献，他与儿子分享了性贡献，他与儿子分享了性贡献，他与儿子分享了19151915年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。父子两代同获一个诺贝尔奖，这在历父子两代同获一个诺贝尔奖，这在历史上恐怕是绝无仅有的。史上恐怕是绝无仅有的。第8页，本讲稿共53页3.3.爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦(Albert Einstein，1879-1955)，举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学，举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。的开创者和奠基人。是是是是20202020世纪最伟大的科世纪最伟大的科世

8、纪最伟大的科世纪最伟大的科学家，被公认为人类历史上最具有创造性才学家，被公认为人类历史上最具有创造性才学家，被公认为人类历史上最具有创造性才学家，被公认为人类历史上最具有创造性才智的人物之一智的人物之一智的人物之一智的人物之一。他的名字与相对论密不可分，其。他的名字与相对论密不可分，其实，相对论包括两种理论：其一是他实，相对论包括两种理论：其一是他1905年提出年提出声狭义相对论；其二是他声狭义相对论；其二是他1915年提出的广义年提出的广义相对论。后者，我们最好称之为爱因斯坦引力相对论。后者，我们最好称之为爱因斯坦引力论。论。爱因斯坦爱因斯坦1900年毕业于苏黎士工业大学，年毕业于苏黎士工业

9、大学，1909年开始在大学任教，年开始在大学任教，1914年任年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。后被迫移居美国，威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。后被迫移居美国，1940年入美国籍。十九世纪末期是物年入美国籍。十九世纪末期是物理学的变革时期，爱因斯坦从实验事实出发，从新考查了物理学的基本概念，在理论上作出了根本性的理学的变革时期，爱因斯坦从实验事实出发，从新考查了物理学的基本概念，在理论上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有

10、很大的影响。理论天体物理学的第一个成熟的方面有很大的影响。理论天体物理学的第一个成熟的方面恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的。上建立起来的。爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的难题。难题。难题。难题。近年来发现越来越多的高能物理现象，

11、狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义近年来发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。念的理论基础。爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学，建立了静态有限爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等

12、新概念，大大推动了现代天文学的发展。无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念，大大推动了现代天文学的发展。第9页，本讲稿共53页4.4.埃伦费斯特埃伦费斯特埃伦费斯特埃伦费斯特(Paul Ehrenfest,18801933)荷兰物理学家。荷兰物理学家。如果说，玻尔的对应原理是在经典物理学如果说，玻尔的对应原理是在经典物理学和量子力学之间架起的一座桥梁，那么，埃伦费斯特的浸渐原理则是两者之间的又一座桥梁。和量子力学之间架起的一座桥梁，那么，埃伦费斯特的浸渐原理则是两者之间的又一座桥梁。埃伦费埃伦费斯特是奥地利人，在维也纳大学听过玻尔兹曼讲授热的分子运动论。斯特是奥地利人

13、，在维也纳大学听过玻尔兹曼讲授热的分子运动论。1904年获博士学位后从事统计物理学年获博士学位后从事统计物理学研究。鉴于他出色的理论素养，洛仑兹在研究。鉴于他出色的理论素养，洛仑兹在1912年推荐他接任自己在荷兰莱顿大学的教授职务。此后，埃伦费斯年推荐他接任自己在荷兰莱顿大学的教授职务。此后，埃伦费斯特一直在莱顿大学主持工作。特一直在莱顿大学主持工作。1913年，埃伦费斯特提出一条原理：两相互以浸渐变换联系的体系年，埃伦费斯特提出一条原理：两相互以浸渐变换联系的体系A、B之间存在如下关系：无限缓慢变化的一个或几个参量，可以使不同体系在它们之间相互导出。这些参量，之间存在如下关系：无限缓慢变化的

14、一个或几个参量，可以使不同体系在它们之间相互导出。这些参量，埃伦费斯特称为浸渐不变量。埃伦费斯特称为浸渐不变量。浸渐原理揭示了量子化条件的奥秘。浸渐原理揭示了量子化条件的奥秘。因为玻尔在不久前提出的量子化条件式：因为玻尔在不久前提出的量子化条件式：2W/=nh及由此推出的角动量量子化条件及由此推出的角动量量子化条件M=nh/2都是埃伦费斯特的浸渐不变量。都是埃伦费斯特的浸渐不变量。第10页，本讲稿共53页5.保罗狄拉克保罗狄拉克（paul adrien maurice dirac，19021984）英国物理学家。）英国物理学家。1930年，年，他用数学方法描述电子运动规律时，发现电子的电荷可以

15、是负电荷、也可以是正他用数学方法描述电子运动规律时，发现电子的电荷可以是负电荷、也可以是正电荷的。狄拉克猜想，在自然界中可能存在一种电荷的。狄拉克猜想，在自然界中可能存在一种“反常的反常的”带正电荷的电子。带正电荷的电子。第11页，本讲稿共53页 6.薛定谔薛定谔（erwin schrodinger，1887-1961）奥地利理论物理学家，与爱因斯坦、玻）奥地利理论物理学家，与爱因斯坦、玻尔、玻恩、海森伯等一起于尔、玻恩、海森伯等一起于20世纪世纪20年代后期，发展了量子力学。年代后期，发展了量子力学。因建立描述电因建立描述电因建立描述电因建立描述电子和其他亚原子粒子的运动的波动方程，获得子和

16、其他亚原子粒子的运动的波动方程，获得子和其他亚原子粒子的运动的波动方程，获得子和其他亚原子粒子的运动的波动方程，获得1933193319331933年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖。第12页，本讲稿共53页7.康普敦康普敦（Arthur Holly Compton 18921962）.19221923年间研究了年间研究了x射线经金属射线经金属或石墨等物质散射后的光谱或石墨等物质散射后的光谱.1921192119211921年在实验中证明了年在实验中证明了年在实验中证明了年在实验中证明了X X X X射线的粒子性。射线的粒子性。射线的粒子性。射线的粒子性。1923年他发表

17、了年他发表了X射线射线被电子散射所引起的频率变小现象，即康普顿效应，这是近代物理学的一大发现。按经典波动被电子散射所引起的频率变小现象，即康普顿效应，这是近代物理学的一大发现。按经典波动理论，静止物体对波的散射不会改变频率。而按爱因斯坦光量子说这是两个理论，静止物体对波的散射不会改变频率。而按爱因斯坦光量子说这是两个“粒子粒子”碰撞的结碰撞的结果。光量子在碰撞时不仅将能量传递而且也将动量传递给了电子，它进一步证实了爱因斯坦的果。光量子在碰撞时不仅将能量传递而且也将动量传递给了电子，它进一步证实了爱因斯坦的光子理论，揭示出光的二象性。光子理论，揭示出光的二象性。第13页，本讲稿共53页8.8.沃

18、尔夫冈泡利沃尔夫冈泡利沃尔夫冈泡利沃尔夫冈泡利（wolfgang pauli，19001958），美籍奥地利科学家，是迎着），美籍奥地利科学家，是迎着20世纪一同来到世界的，父世纪一同来到世界的，父亲是维也纳大学的物理化学教授，教父是奥地利的物理学家兼哲学家。其亲是维也纳大学的物理化学教授，教父是奥地利的物理学家兼哲学家。其提出了不相容原理提出了不相容原理提出了不相容原理提出了不相容原理，为周期表奠定，为周期表奠定了理论基础。其发表了了理论基础。其发表了“不相容原理不相容原理”：原子中不可能有两个或两个以上的电子处于同一量子：原子中不可能有两个或两个以上的电子处于同一量子态这一原理使当时许多有

19、关原子结构的问题得以圆满解决，对所有实体物质的基本粒子（通态这一原理使当时许多有关原子结构的问题得以圆满解决，对所有实体物质的基本粒子（通常称之为费米子，如质子、中子、夸克等）都适用，构成了量子统计力学常称之为费米子，如质子、中子、夸克等）都适用，构成了量子统计力学费米统计的基点。费米统计的基点。第14页，本讲稿共53页 9.海森伯海森伯（werner karl heisenberg 19071976）德国理论物理学家，量子力学第一种有效形式（矩阵力学）德国理论物理学家，量子力学第一种有效形式（矩阵力学）的创建者。海森伯鉴于玻尔原子模型所存在的问题，抛弃了所有的原子模型，而着眼于观察发射光谱线

20、的频的创建者。海森伯鉴于玻尔原子模型所存在的问题，抛弃了所有的原子模型，而着眼于观察发射光谱线的频率、强度和极化，利用矩阵数学，将这三者从数学上联系起来，从而提出微观粒子的不可观察的力学量，如率、强度和极化，利用矩阵数学，将这三者从数学上联系起来，从而提出微观粒子的不可观察的力学量，如位置、动量应由其所发光谱的可观察的频率、强度经过一定运算（矩阵法则）来表示。他和玻尔等合作，建位置、动量应由其所发光谱的可观察的频率、强度经过一定运算（矩阵法则）来表示。他和玻尔等合作，建立了量子理论第一个数学描述立了量子理论第一个数学描述矩阵力学。矩阵力学。1927192719271927年，他阐述了著名的不确

21、定关系，即亚原子粒子的位置和动年，他阐述了著名的不确定关系，即亚原子粒子的位置和动年，他阐述了著名的不确定关系，即亚原子粒子的位置和动年，他阐述了著名的不确定关系，即亚原子粒子的位置和动量不可能同时准确测量，成为量子力学的一个基本原理量不可能同时准确测量，成为量子力学的一个基本原理量不可能同时准确测量，成为量子力学的一个基本原理量不可能同时准确测量，成为量子力学的一个基本原理。第15页，本讲稿共53页10.玻恩，玻恩，(max born 18821970)德国理论物理学家，量子力学的奠基人之德国理论物理学家，量子力学的奠基人之一。一。1915年起任洪堡大学理论物理学教授。年起任洪堡大学理论物理

22、学教授。由于在相对论和量子力学方面的突出由于在相对论和量子力学方面的突出由于在相对论和量子力学方面的突出由于在相对论和量子力学方面的突出贡献与德国的另一位科学家瓦尔特贡献与德国的另一位科学家瓦尔特贡献与德国的另一位科学家瓦尔特贡献与德国的另一位科学家瓦尔特波西于波西于波西于波西于1954195419541954年同获诺贝尔奖。年同获诺贝尔奖。年同获诺贝尔奖。年同获诺贝尔奖。第16页，本讲稿共53页11.11.尼尔斯玻尔尼尔斯玻尔尼尔斯玻尔尼尔斯玻尔(bohr niels)1885年年10月月7日生于丹麦首都哥本哈根，日生于丹麦首都哥本哈根，玻尔早在大学作硕士论文和博士论文时，就考察了金属中的电

23、子玻尔早在大学作硕士论文和博士论文时，就考察了金属中的电子运动，并明确意识到经典理论在阐明微观现象方面的严重缺陷，赞赏普朗克和爱因斯坦在电磁理论方面引入的量子学说运动，并明确意识到经典理论在阐明微观现象方面的严重缺陷，赞赏普朗克和爱因斯坦在电磁理论方面引入的量子学说在他在他在他在他研究原子结构问题时，就创造性地把普朗克的量子说和卢瑟福的原子核概念结合了起来研究原子结构问题时，就创造性地把普朗克的量子说和卢瑟福的原子核概念结合了起来研究原子结构问题时，就创造性地把普朗克的量子说和卢瑟福的原子核概念结合了起来研究原子结构问题时，就创造性地把普朗克的量子说和卢瑟福的原子核概念结合了起来在玻尔离开曼彻

24、斯特大学以前，曾向在玻尔离开曼彻斯特大学以前，曾向卢瑟福呈交了一份论文提纲，引入了定态的概念，给出了定态应满足的量子条件回到哥本哈根后，卢瑟福呈交了一份论文提纲，引入了定态的概念，给出了定态应满足的量子条件回到哥本哈根后，1913年初，年初，有朋友建议他研究有朋友建议他研究原子结构，应很好地联系和应用当时已有的丰富而精确的光谱学资料，这使他思路大开通过对光谱学资料的考察，玻尔的思维和理论有原子结构，应很好地联系和应用当时已有的丰富而精确的光谱学资料，这使他思路大开通过对光谱学资料的考察，玻尔的思维和理论有了巨大的飞跃，使他写出了了巨大的飞跃，使他写出了“论原子构造和分子构造论原子构造和分子构造

25、”的长篇论著，的长篇论著，提出了量子不连续性，成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质提出了量子不连续性，成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质1921年，玻尔发表了年，玻尔发表了“各元素的原子结构及其物理性质和化学性质各元素的原子结构及其物理性质和化学性质”的长篇演讲，阐述了光谱和原子结构理论的新发展，诠释了元素周期表的形成，对周期表的长篇演讲，阐述了光谱和原子结构理论的新发展，诠释了元素周期表的形成，对周期表中从氢开始的各种元素的原子结构作了说明，同时对周期表上的第中从氢开始的各种元素的原子结构作了说明，同时对周期表上的第72号元素的性质作了预言。号元素的性质作了预言。1922年，发现了

26、这种元素铪，证实了玻尔预言的年，发现了这种元素铪，证实了玻尔预言的正确正确1922年玻尔获诺贝尔物理学奖。年玻尔获诺贝尔物理学奖。第17页，本讲稿共53页12.12.普朗克，（普朗克，（普朗克，（普朗克，（Max Karl Ernst Ludwig Planck 18581947）近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人。近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人。19001900年年年年1212月，普朗克终于在德国物理学会上发表月，普朗克终于在德国物理学会上发表月，普朗克终于在德国物理学会上发表月，普朗克终于在德国物理学会上发表了他那影响现代文明的著名论文：了他那影响现代文明的著名论文：了他那影响

27、现代文明的著名论文：了他那影响现代文明的著名论文：关于正常光谱关于正常光谱关于正常光谱关于正常光谱的能量分布定律的理论的能量分布定律的理论的能量分布定律的理论的能量分布定律的理论，宣告了量子论的诞生，是现，宣告了量子论的诞生，是现，宣告了量子论的诞生，是现，宣告了量子论的诞生，是现代物理学上的一场革命性突破。代物理学上的一场革命性突破。代物理学上的一场革命性突破。代物理学上的一场革命性突破。根据普朗克的量子论，根据普朗克的量子论，能量并非以连续的形式而存在，而是以个别能量并非以连续的形式而存在，而是以个别“小包小包”的的形式存在，这些不连续的形式存在，这些不连续的“小包小包”被称为能量子或量子

28、。被称为能量子或量子。量子是大小不一的，它们随着各量子的放射频率的不同量子是大小不一的，它们随着各量子的放射频率的不同而变化。量子的大小与频率之间的比例常数可以用一个而变化。量子的大小与频率之间的比例常数可以用一个常数来代表，这个常数就是当今物理学上的普朗克常数。常数来代表，这个常数就是当今物理学上的普朗克常数。由于他的理论打破了经典物理学的旧体系，许多物理学家起初都拒绝接受它。直到由于他的理论打破了经典物理学的旧体系，许多物理学家起初都拒绝接受它。直到1913年，丹麦物理学权威尼年，丹麦物理学权威尼尔斯尔斯波尔用量子论第一次成功地计算出光谱的特殊谱线的位置时，普朗克理论的伟大意义才被波尔用量

29、子论第一次成功地计算出光谱的特殊谱线的位置时，普朗克理论的伟大意义才被人们所公认。人们所公认。普朗克的量子概念破坏了经典物理学的庞大体系，成了当今科学的重要基础普朗克的量子概念破坏了经典物理学的庞大体系，成了当今科学的重要基础普朗克的量子概念破坏了经典物理学的庞大体系，成了当今科学的重要基础普朗克的量子概念破坏了经典物理学的庞大体系，成了当今科学的重要基础。在量子化。在量子化概念的引导下，微观物理学迅速发展为概念的引导下，微观物理学迅速发展为20世纪物理学的主流，并为后来的爱因斯坦在这一理论上的推进和世纪物理学的主流，并为后来的爱因斯坦在这一理论上的推进和突破打下了坚实的基础。凭借敢于创新的精

30、神和所取得的开拓性成果，普朗克得到了极大的荣誉。突破打下了坚实的基础。凭借敢于创新的精神和所取得的开拓性成果，普朗克得到了极大的荣誉。1918年，他得到了物理学的最高荣誉奖年，他得到了物理学的最高荣誉奖诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。第18页，本讲稿共53页13.13.居居居居里里里里夫夫夫夫人人人人（Marie Curie 18671934是是最最著著名名的的女女物物理理学学家家。她她曾曾两两次次获获诺诺贝贝尔尔奖奖，1903年年的的物物理理奖奖，1911年年的的化化学学奖奖。她她受受教教育育较较晚晚，于于1893年年获获物物理理学学位位，1894年年获获数数学学学学位位，1903年年获获博

31、博士士学学位位。局局里里夫夫人人以以放放射射性性作作为为论论文文题题目目，她她研研究究了了很很多多物物质质，发发现现钍钍及及其其化化合合物物的的特特性性与与铀铀相相同同。研研究究沥沥青青铀铀矿矿时时，她她发发现现了了镭镭和和仆仆。1910年年她她成成功功的的分分离离了了纯纯镭。居里夫人对巴黎的居里实验室的建立作出很大贡献。镭。居里夫人对巴黎的居里实验室的建立作出很大贡献。第19页，本讲稿共53页14.14.洛仑兹洛仑兹洛仑兹洛仑兹（hendrik antoon lorentz18531928）荷兰物理学家、数学家）荷兰物理学家、数学家 19041904年，洛伦兹证明，当把麦克斯韦的电磁场方程组

32、用伽利略变换从一个参考系变换到另一个年，洛伦兹证明，当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个年，洛伦兹证明，当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个年，洛伦兹证明，当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个参考系时，真空中的光速将不是一个不变的量，从而导致对不同惯性系的观察者来说，麦克斯韦方参考系时，真空中的光速将不是一个不变的量，从而导致对不同惯性系的观察者来说，麦克斯韦方参考系时，真空中的光速将不是一个不变的量，从而导致对不同惯性系的观察者来说，麦克斯韦方参考系时，真空中的光速将不是一个不变的量，从而导致对不同惯性系的观察者来

33、说，麦克斯韦方程及各种电磁效应可能是不同的为了解决这个问题，洛伦兹提出了另一种变换公式，即洛伦兹变程及各种电磁效应可能是不同的为了解决这个问题，洛伦兹提出了另一种变换公式，即洛伦兹变程及各种电磁效应可能是不同的为了解决这个问题，洛伦兹提出了另一种变换公式，即洛伦兹变程及各种电磁效应可能是不同的为了解决这个问题，洛伦兹提出了另一种变换公式，即洛伦兹变换用洛伦兹变换，将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变后来，爱因换用洛伦兹变换，将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变后来，爱因换用洛伦兹变换，将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变后来，爱因换用

34、洛伦兹变换，将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变后来，爱因斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式，创立了狭义相对论。斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式，创立了狭义相对论。斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式，创立了狭义相对论。斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式，创立了狭义相对论。第20页，本讲稿共53页 15.15.朗之万朗之万朗之万朗之万（Paul Langevin，18721946），），1872年年1月月23日生于巴黎，法国著名的物理学家。于日生于巴黎，法国著名的物理学家。于1905年发表顺磁性的经典理论。一次世界大战期间，朗年发表顺磁性的经典理论。一次世界大战期间，朗之万用压电效应激发的

35、石英板，在水下成功地发射了声波，之万用压电效应激发的石英板，在水下成功地发射了声波，并接收到了海底的回声，研制出第一台水声设备并接收到了海底的回声，研制出第一台水声设备测深测深仪。以后，根据这种原理制造出译名叫仪。以后，根据这种原理制造出译名叫“声呐声呐声呐声呐”（sonar）的设备，可用来发现海面下的潜）的设备，可用来发现海面下的潜水艇、礁石及其他水下目标。现在，利用近水艇、礁石及其他水下目标。现在，利用近代的信息理论，结合电子技术，研究声波在代的信息理论，结合电子技术，研究声波在海水中的发射、传播和接收的问题，已形成海水中的发射、传播和接收的问题，已形成一门内容十分丰富的近代声学科学一门内

36、容十分丰富的近代声学科学水声水声学。学。以上这些人物，是二十世纪物理科学的最杰出代表，他们在量子论和相对论两个以上这些人物，是二十世纪物理科学的最杰出代表，他们在量子论和相对论两个以上这些人物，是二十世纪物理科学的最杰出代表，他们在量子论和相对论两个以上这些人物，是二十世纪物理科学的最杰出代表，他们在量子论和相对论两个方向上所做的贡献，不仅彻底改变了人们的物质生活，而且改变了人类的思维方式和方向上所做的贡献，不仅彻底改变了人们的物质生活，而且改变了人类的思维方式和方向上所做的贡献，不仅彻底改变了人们的物质生活，而且改变了人类的思维方式和方向上所做的贡献，不仅彻底改变了人们的物质生活，而且改变了

37、人类的思维方式和时空观念。在知识界可以这样说，不懂得这些思想的人，基本上可以视为落后于这个时空观念。在知识界可以这样说，不懂得这些思想的人，基本上可以视为落后于这个时空观念。在知识界可以这样说，不懂得这些思想的人，基本上可以视为落后于这个时空观念。在知识界可以这样说，不懂得这些思想的人，基本上可以视为落后于这个时代。时代。时代。时代。他们都先后获得过诺贝尔物理奖。诺贝尔奖金之所以被公认为科学界的最高荣他们都先后获得过诺贝尔物理奖。诺贝尔奖金之所以被公认为科学界的最高荣他们都先后获得过诺贝尔物理奖。诺贝尔奖金之所以被公认为科学界的最高荣他们都先后获得过诺贝尔物理奖。诺贝尔奖金之所以被公认为科学界

38、的最高荣誉，实际上正是因为在二十世纪前期，年年都授予这些人，从而确立了这项奖金的威誉，实际上正是因为在二十世纪前期，年年都授予这些人，从而确立了这项奖金的威誉，实际上正是因为在二十世纪前期，年年都授予这些人，从而确立了这项奖金的威誉，实际上正是因为在二十世纪前期，年年都授予这些人，从而确立了这项奖金的威信。信。信。信。第21页，本讲稿共53页 当把铁块加热时当把铁块加热时,随着温度的不断升高随着温度的不断升高,它的颜色由暗红它的颜色由暗红变为赤红、橙色、而最后变成黄白色。变为赤红、橙色、而最后变成黄白色。热辐射：热辐射：能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射。能量按频率的分布随温度而不同的电磁

39、辐射。1 黑体辐射黑体辐射黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设普朗克量子假设普朗克量子假设黑体：黑体：能完全吸收照射到表面的各种频率能完全吸收照射到表面的各种频率的光而不发生任何反射和投射的物体称黑的光而不发生任何反射和投射的物体称黑体。体。绝对黑体模型绝对黑体模型绝对黑体模型绝对黑体模型平衡热辐射：平衡热辐射：如果如果在同一时间内从物体表面辐在同一时间内从物体表面辐射的电磁波的能量和它吸收的电磁波的能量射的电磁波的能量和它吸收的电磁波的能量相等，物体的辐射就处于温度一定的热平衡相等，物体的辐射就处于温度一定的热平衡状态状态第22页，本讲稿共53页辐射出射度辐射出射度M()：单位单位

40、 时间内从物体单位表面积发出的频率在时间内从物体单位表面积发出的频率在附近单位频附近单位频率区间的电磁波的能量。率区间的电磁波的能量。一、黑体辐射及其基本规律一、黑体辐射及其基本规律光谱吸收比光谱吸收比()：在温度为在温度为T时，物体表面吸收的频率在时，物体表面吸收的频率在+d 区间的辐射能量占全区间的辐射能量占全部入射的该区间的辐射能量的份额，称做物体的光谱吸收比。部入射的该区间的辐射能量的份额，称做物体的光谱吸收比。单位：单位：W/m2Hz第23页，本讲稿共53页钨丝M (10-9W/(m2.HZ)太阳M(10-8W/(m2.HZ)钨丝（2750K）10864210-14Hz钨丝和太阳的M

41、 和 的关系曲线太阳（5800K）可可见见光光48第24页，本讲稿共53页19世纪末，许多物理学家欲从理论上导出世纪末，许多物理学家欲从理论上导出 黑体的单色辐射黑体的单色辐射出射度出射度 M()和和 的关系式。的关系式。1.1.维恩公式：维恩公式：维恩公式：维恩公式：在紫外极限实验结果吻合较好。2.2.瑞利瑞利瑞利瑞利 金斯公式金斯公式金斯公式金斯公式:玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数在长波长、高温度条件下与实验结果吻合较好，但在紫外极限下,能量密度趋于无穷。第25页，本讲稿共53页10-14Hz6543210MT=2000K实验曲线和普朗克公式维恩公式瑞利金斯公式第26页，本讲稿共53页 普朗克公

42、式普朗克公式在长波长与瑞利金斯公式一致，在紫外极限下与维恩公式一致。在全波长在长波长与瑞利金斯公式一致，在紫外极限下与维恩公式一致。在全波长范围与实验结果吻合很好。范围与实验结果吻合很好。二、二、二、二、普朗克量子假设普朗克量子假设普朗克量子假设普朗克量子假设Max Karl Ernst Ludwig Plank1858-1947The Nobel Prize in Physics 1918Wilhelm Wien1864-1928The Nobel Prize in Physics 1911第27页，本讲稿共53页由普朗克公式可导出已被证实的两条实验定律：由普朗克公式可导出已被证实的两条实验

43、定律：由普朗克公式可导出已被证实的两条实验定律：由普朗克公式可导出已被证实的两条实验定律：1、斯特藩、斯特藩 波尔兹曼定律：波尔兹曼定律：2、维恩位移 定律：1800130016001050/m1234M（、T）第28页，本讲稿共53页 黑体辐射的实验曲线 黑体辐射的理论曲线Rayleigh-JeansPlankWienM()曲线曲线第29页，本讲稿共53页2 光电效应光电效应光电效应光电效应 爱因斯坦光量子假说爱因斯坦光量子假说爱因斯坦光量子假说爱因斯坦光量子假说一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律如图所示，为光电效应的如图所示，为光电效应的基本装置。基本装置。S：真空的玻璃容器真空

44、的玻璃容器m：石英玻璃窗石英玻璃窗A：阳极阳极K：阴极（金属板）阴极（金属板）当紫外线或波长很短的可见光照在当紫外线或波长很短的可见光照在当紫外线或波长很短的可见光照在当紫外线或波长很短的可见光照在阴极时，金属板将释放电子即光电阴极时，金属板将释放电子即光电阴极时，金属板将释放电子即光电阴极时，金属板将释放电子即光电子子子子,称光电效应。称光电效应。称光电效应。称光电效应。UGmSAK第30页，本讲稿共53页（1 1）饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和光电流强度与入射光强度成正比。或者说：单位时间内从金属表面逸出的光电子或

45、者说：单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强成正比数目与入射光强成正比如图即为相同频率，不同入射光强度如图即为相同频率，不同入射光强度如图即为相同频率，不同入射光强度如图即为相同频率，不同入射光强度1、光电效应的实验规律（实验结果）、光电效应的实验规律（实验结果）Is称为饱和光电流称为饱和光电流U0称为称为 遏止电压（遏止电压（I=0 的电压）的电压）（2 2）光电子的初动能与光电子的初动能与光电子的初动能与光电子的初动能与入射光强度无关，而与入射光入射光强度无关，而与入射光入射光强度无关，而与入射光入射光强度无关，而与入射光 的频率成正比。的频率成正比。的频率成正比。的频率成正比。U

46、0312UIIS0第31页，本讲稿共53页U03U02U01312UIIS0红限频率红限频率截止电压的大小反映光电子初动截止电压的大小反映光电子初动截止电压的大小反映光电子初动截止电压的大小反映光电子初动能的大小能的大小能的大小能的大小由上图可知:I=0时有截止电压与入射光频率有线性关系实验证明：Ua对不同金属有不同值,e Ua称逸出功第32页，本讲稿共53页（3 3）产生光电效应的金属具有一定的截止频率。产生光电效应的金属具有一定的截止频率。产生光电效应的金属具有一定的截止频率。产生光电效应的金属具有一定的截止频率。由可知，只有当从金属表面逸出的电子才具有初动能，即产生光电效应。（4 4）光

47、电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性,或说响应速度很快或说响应速度很快或说响应速度很快或说响应速度很快,10,10-9-9秒。秒。秒。秒。只要 ，则在光照射金属表面 后，几乎立即就有光电子逸出，与光的强度无关。金属截止频率4.545 5.508.065 11.53铯 钠 锌 铱 铂 19.29第33页，本讲稿共53页 *经典认为经典认为光强越大，饱和电流应该大，光强越大，饱和电流应该大，光电子的初光电子的初 动能也该大，即动能也该大，即初动能正比于光强初动能正比于光强初动能正比于光强初动能正比于光强。但实验上光电。但实验上光电 子初动能只与频率有关子初动能只与

48、频率有关(结果结果结果结果2 2)，而与光强无关。，而与光强无关。*只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率 低于红限时，无论光强再大也没有光电流。而经典认低于红限时，无论光强再大也没有光电流。而经典认 为为有有有有无光电效应不应与频率有关无光电效应不应与频率有关无光电效应不应与频率有关无光电效应不应与频率有关(结果结果结果结果3 3 3 3)。*瞬时性。瞬时性。经典认为光能量分布在波面上，经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要吸收能量要吸收能量要吸收能量要 时间时间时间时间，即需能量的积累过程，即需能量的积累过程(结果结果结果结果4 4)。

49、二、二、经典理论的困难经典理论的困难例如：强度为例如：强度为例如：强度为例如：强度为1 1W/mW/m2 2的光照在金属的光照在金属的光照在金属的光照在金属N Na a 上，需上，需上，需上，需10107 7秒秒秒秒 即即即即115115天电子才能逸出（经典）天电子才能逸出（经典）天电子才能逸出（经典）天电子才能逸出（经典）第34页，本讲稿共53页三、三、爱因斯坦的光量子假说爱因斯坦的光量子假说1、爱因斯坦光量子假说：光子论、爱因斯坦光量子假说：光子论假设：一束光是一粒一粒以速度假设：一束光是一粒一粒以速度c运动的粒子流，这些运动的粒子流，这些 粒子称光子，但它们仍保留频率、波长的概念粒子称光

50、子，但它们仍保留频率、波长的概念认为光不仅在与物质相互作用时（发射和吸收）具有粒子性，而且认为光不仅在与物质相互作用时（发射和吸收）具有粒子性，而且在传播过程中也有粒子性。在传播过程中也有粒子性。一个频率为 的光子具有能量 ，其中h为普朗克常数，值为：由相对论知识可知：第35页，本讲稿共53页可见：光子即具有粒子特性可见：光子即具有粒子特性m 、P，又具有波动性又具有波动性、我们我们 将这将这 种波动性和粒子性并存的性质称为种波动性和粒子性并存的性质称为光的波粒二光的波粒二光的波粒二光的波粒二 象性象性象性象性。光的光的 波动性（波动性（）和粒子性和粒子性（p）是通过普是通过普 朗克常数联系在