第十二章-量子物理基础-优秀PPT.ppt

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1、本讲主要内容本讲主要内容A.黑体辐射和普朗克量子假设黑体辐射和普朗克量子假设 B.爱因斯坦光子理论爱因斯坦光子理论A.黑体辐射和普朗克量子假设黑体辐射和普朗克量子假设 一、热辐射现象一、热辐射现象*依据经典电磁理论，带电粒子的加速运动将依据经典电磁理论，带电粒子的加速运动将 向外辐射电磁波。向外辐射电磁波。*一切物体都以电磁波的形式向外辐射能量一切物体都以电磁波的形式向外辐射能量。*在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量，即单位面积上的辐射功率，称为该物体能量，即单位面积上的辐射功率，称为该物体的的 辐出度辐出度，用，用 E 表示。表示。*物体的辐出度

2、与其温度有关，故将这种辐射物体的辐出度与其温度有关，故将这种辐射称为称为 热辐射热辐射。*这种电磁波形式的辐射能量这种电磁波形式的辐射能量按波长分布是不匀整的。按波长分布是不匀整的。锶锶 Sr 铷铷 Rb 铜铜 Cu单色辐出度单色辐出度若在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的、若在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的、波长波长 +d 范围内的能量为范围内的能量为 dE，单色辐出度单色辐出度辐出度辐出度*物体辐射能量的同时，又吸取四周其它物体物体辐射能量的同时，又吸取四周其它物体的辐射能量。当辐射能量等于吸取能量时，其的辐射能量。当辐射能量等于吸取能量时，其温度不变温度不变 平衡热辐射平衡热辐射

3、*一个好的吸取体，也确定是一个好的辐射体。一个好的吸取体，也确定是一个好的辐射体。确定黑体确定黑体黑体模型黑体模型能全部吸取全部波长的能全部吸取全部波长的入射辐射能，即无反射，入射辐射能，即无反射，吸取率为吸取率为 1.二、黑体辐射的试验定律二、黑体辐射的试验定律0 1 2 3 4 5 61700K1500K1300K1100K1.斯忒潘斯忒潘 波尔兹曼定律波尔兹曼定律黑体的辐出度与温度的四次方成正比。黑体的辐出度与温度的四次方成正比。斯忒藩常量斯忒藩常量2.维恩位移维恩位移定律定律维恩常量维恩常量维恩位移定律指出维恩位移定律指出:当确定黑体的温度上升时，当确定黑体的温度上升时，单色辐出度最大

4、值向短波方向移动。单色辐出度最大值向短波方向移动。T例题例题 试验测得太阳辐射谱的峰值为试验测得太阳辐射谱的峰值为 490nm，将太阳，将太阳视为黑体，试计算太阳的辐射功率和地球每秒内接收视为黑体，试计算太阳的辐射功率和地球每秒内接收到的太阳能。（已知太阳半径到的太阳能。（已知太阳半径 R=6.96108 m，地球，地球半径半径 r=6.37106 m，日地距离，日地距离 d=1.4961011 m）解解由维恩位移定律计算太阳表面温度由维恩位移定律计算太阳表面温度由由斯忒潘斯忒潘 波尔兹曼定律得波尔兹曼定律得太阳辐射总功率为太阳辐射总功率为这功率分布在以太阳为中心，以日地距离这功率分布在以太阳

5、为中心，以日地距离 d 为为半径的球面上，故地球表面单位面积接收到的半径的球面上，故地球表面单位面积接收到的辐射功率辐射功率地球接收到的辐射功率地球接收到的辐射功率例题例题 （1）若物体温度为）若物体温度为 20，求其辐射谱的峰，求其辐射谱的峰值波长。值波长。（2）若峰值波长）若峰值波长 =650 nm，求对应的，求对应的温度。温度。（3）求这两个温度下物体辐射功率之比。）求这两个温度下物体辐射功率之比。解解（1）（2）（3）三、经典理论的困难三、经典理论的困难1.维恩公式维恩公式维恩线维恩线2.瑞利瑞利 金斯公式金斯公式瑞利瑞利 金斯线金斯线维恩线维恩线紫外灾难紫外灾难经典理论的基本观点经典

6、理论的基本观点（1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，）电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。电磁波的频率与振动频率相同。（2）振子辐射的电磁波含有各种波长，）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。是连续的，辐射能量也是连续的。（3）温度上升，振子振动加强，辐射能）温度上升，振子振动加强，辐射能增大。增大。四、普朗克量子假说四、普朗克量子假说1.普朗克公式普朗克公式瑞利瑞利 金斯线金斯线维恩线维恩线普朗克线普朗克线在长波状况下：在长波状况下：在短波状况下：在短波状况下：2.能量子假说能量子假说1900年年12月月14日，柏林科学院日，柏林科学院正常光谱中能

7、量分布律的理论正常光谱中能量分布律的理论1918年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖 辐射黑体中分子、原子的振动可看作线性谐辐射黑体中分子、原子的振动可看作线性谐振子，它和四周电磁场交换能量。这些谐振子只振子，它和四周电磁场交换能量。这些谐振子只能处于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某能处于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某一最小能量的整数倍。一最小能量的整数倍。“我当时准备将基我当时准备将基本作用量子本作用量子 h 归并归并到经典理论范畴中到经典理论范畴中去，但这个常数对去，但这个常数对全部这种企图的回全部这种企图的回答都是无情的答都是无情的”B.爱因斯坦光子理论爱因斯坦光子理论一、光电

8、效应一、光电效应1.光电效应是瞬时光电效应是瞬时发生的，响应时间发生的，响应时间为为 10-9 s经典理论不能说明经典理论不能说明“毋需时间积累毋需时间积累”2.入射光频率确定时，饱和光电流与入射光光强入射光频率确定时，饱和光电流与入射光光强3.成正比，但反向截止电压与入射光光强无关。成正比，但反向截止电压与入射光光强无关。iU03.反向截止电压与入射光频率成线性关系。反向截止电压与入射光频率成线性关系。CsCaNa反向截止电压反映光电子的初动能反向截止电压反映光电子的初动能经典理论认为光电子的初动能应确定于入射光经典理论认为光电子的初动能应确定于入射光的光强，而不确定于光的频率。的光强，而不

9、确定于光的频率。3、存在一个、存在一个“截止频率截止频率”（红限频率红限频率 o）当入射光的频率小于红限频率时，无论光强当入射光的频率小于红限频率时，无论光强多大，也不会产生光电效应。多大，也不会产生光电效应。二、爱因斯坦的光子理论二、爱因斯坦的光子理论 电磁辐射是由以光速电磁辐射是由以光速 c 运动的局域于空间小范围内运动的局域于空间小范围内的光量子所组成。的光量子所组成。光子光子对光电效应试验规律的说明对光电效应试验规律的说明1.电子只要吸取一个光子就可以从金属表面电子只要吸取一个光子就可以从金属表面2.逸出，所以无须时间上的累积过程。逸出，所以无须时间上的累积过程。2.光强大，光子数多，

10、释放的光电子也多，光强大，光子数多，释放的光电子也多，3.所以饱和光电流也大。所以饱和光电流也大。3.入射光子能量入射光子能量=逸出功逸出功+光电子初动能光电子初动能因而光电子初动能和入因而光电子初动能和入射光的射光的频率成线性关系频率成线性关系4.红限频率对应光电子初动能等于红限频率对应光电子初动能等于 0.例题例题 钾的光电效应的红限波长为钾的光电效应的红限波长为 o=620 nm，求（求（1）钾电子的逸出功；（）钾电子的逸出功；（2）在）在 =300 nm 的紫外线照射下，钾的截止电压为多少？的紫外线照射下，钾的截止电压为多少？解解1.两个相同的物体两个相同的物体 A、B，温度相同，若温

11、度相同，若 A 的温度的温度 低于环境温度，而低于环境温度，而 B 高于环境温度，则高于环境温度，则 A、B 在在单位时间内辐射的能量应满足单位时间内辐射的能量应满足:（A）（B）（C）（D）不能确定不能确定选择题选择题2.某金属表面被蓝光照射时有光电子逸出，若增某金属表面被蓝光照射时有光电子逸出，若增加蓝光的强度，则加蓝光的强度，则3.（A）单位时间内逸出的光电子数增加；）单位时间内逸出的光电子数增加；4.（B）逸出的光电子的初动能增加；）逸出的光电子的初动能增加；5.（C）光电效应的红限频率变小；）光电效应的红限频率变小；6.（D）放射光电子所需的时间缩短。）放射光电子所需的时间缩短。3.

12、图中直线表示某金属光电效应试验中光电子图中直线表示某金属光电效应试验中光电子初动能与入射光频率的关系，则图中表示该初动能与入射光频率的关系，则图中表示该金属的逸出功的线段是金属的逸出功的线段是4.（A）OA5.（B）OC6.（C）AC7.（D）ODOBADC思索题思索题1.黑体是否就是黑色物体？确定黑体是否在黑体是否就是黑色物体？确定黑体是否在 任何温度下都是黑色的？任何温度下都是黑色的？2.人体热辐射的各种波长中，对应哪个波长人体热辐射的各种波长中，对应哪个波长的单色辐出度最大？的单色辐出度最大？3.若一物体的确定温度增加一倍，它的总辐若一物体的确定温度增加一倍，它的总辐射能增加到原来的多少倍？射能增加到原来的多少倍？4.在光电效应试验中，分别变更入射光的光在光电效应试验中，分别变更入射光的光强和变更入射光的频率，其结果有何不同？强和变更入射光的频率，其结果有何不同？为什么不同？为什么不同？