物理量子物理学习教案.pptx
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1、会计学1物理物理(wl)量子物理量子物理(wl)第一页,共44页。3.3.平衡平衡(pnghng)(pnghng)热热辐射辐射4.4.实验实验(shyn)(shyn)表明辐射能力越强的物体,吸收表明辐射能力越强的物体,吸收能力也越强能力也越强二二.黑体黑体(hit)(hit)和黑体和黑体(hit)(hit)辐射辐射的基本规律的基本规律1.1.黑体黑体能能完全完全吸收吸收各种波长电磁波各种波长电磁波而无反射的而无反射的物体,物体,M 最大且最大且只与温度有关而和材料只与温度有关而和材料及表面状态无关及表面状态无关物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量,物体达物体辐射的能量等于在同一时间内所吸
2、收的能量,物体达到热平衡,称为到热平衡,称为平衡热辐射平衡热辐射。此时物体具有固定的此时物体具有固定的温度温度。第1页/共44页第二页,共44页。2.2.维恩设计维恩设计(shj)(shj)的黑体的黑体3.3.维恩黑体维恩黑体(hit)(hit)辐射辐射公式公式4.4.瑞利金斯公式瑞利金斯公式(gngsh)(gngsh)维恩公式维恩公式瑞利金斯公式瑞利金斯公式高频符合实验结果高频符合实验结果“紫外灾难紫外灾难”第2页/共44页第三页,共44页。5.5.普朗克公式普朗克公式(gngsh)(gngsh)在全波段与实验在全波段与实验结果结果(ji gu)(ji gu)惊惊人符合!人符合!普普朗朗克克
3、假假定定(jidng)(jidng)(19001900年):年):h=6.626075510-34 Js 普朗克常数普朗克常数E=nh n0,1,2,3,谐振子以谐振子以能量子能量子发发射或吸收能量射或吸收能量“量子量子”概念的提出获概念的提出获19181918年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖能量量子化能量量子化 (不连续不连续)!第3页/共44页第四页,共44页。6.6.由普朗克公式可导由普朗克公式可导出两条实验出两条实验(shyn)(shyn)定律定律v 斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律(dngl)(dngl)v 维恩位移维恩位移(wiy)(wiy)定律定律=5.6710-8 W/m2
4、K4M黑体全部辐射出射度黑体全部辐射出射度黑体辐射中,光谱辐射出射度最大的光黑体辐射中,光谱辐射出射度最大的光的频率随温度的变化的频率随温度的变化6000K4500K3000K测量高温、遥感和红外追踪测量高温、遥感和红外追踪等的物理基础等的物理基础。第4页/共44页第五页,共44页。红外辐射热象图红外辐射热象图 红外夜视仪拍的照片红外夜视仪拍的照片 炼钢的热辐射炼钢的热辐射第5页/共44页第六页,共44页。室温下,反射光室温下,反射光 1100K,自身辐射光,自身辐射光一个黑白花盘子的两张照片一个黑白花盘子的两张照片第6页/共44页第七页,共44页。2 2 2 2 光光光光 电电电电 效效效效
5、 应应应应(un(un(un(un din din din din xio xio xio xio yng)yng)yng)yng)一一.光光电电效效应应(un(un din din xio yng)xio yng)实验实验1 1 光光 电电 效效 应应(un(un din din xio yng)xio yng)光电子光电子2 2实验装置实验装置光光金属金属发射电子:发射电子:光电流光电流 KAGD光光GV第7页/共44页第八页,共44页。3.3.实验实验(shyn)(shyn)规律规律4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0Uc(V)CsNaCa2 2)U Uc c=K
6、=K -U-U0 0与入射光的频率与入射光的频率(pnl)(pnl)有关有关1 1)iim2im1I2I1(光强光强I2 I1)oU-Uc饱和饱和(boh)(boh)光电流强度光电流强度im im 入射光强入射光强与入射光的强度无关与入射光的强度无关第8页/共44页第九页,共44页。3 3)只有只有(zhyu)(zhyu)当入射光频率当入射光频率 v v大于一定的频率大于一定的频率v0v0时,才会产生光电效应时,才会产生光电效应 0 0 称为称为(chn wi)(chn wi)截止频截止频率或红限频率率或红限频率4 4)光电效应)光电效应(un din xio(un din xio yng)y
7、ng)是瞬时发生的是瞬时发生的只要入射光频率只要入射光频率 0 0,无论光多微弱,无论光多微弱,从光照射阴极到光电子逸出,驰豫时间从光照射阴极到光电子逸出,驰豫时间 不超过不超过1010-9-9s s。第9页/共44页第十页,共44页。二二.经经典典(jngdin)(jngdin)物物理理学学所所遇遇到到的的困困难难按照光的经典电磁按照光的经典电磁(dinc)(dinc)理论:理论:光波的能量分布在波面上光波的能量分布在波面上(min shn)(min shn),阴,阴极电子积极电子积 光波的强度与频率无关,电子吸收的能光波的强度与频率无关,电子吸收的能量也与频率无关,更不存在量也与频率无关,
8、更不存在截止频率!截止频率!累能量需要一段时间,光电效应累能量需要一段时间,光电效应不可能瞬不可能瞬时发生!时发生!第10页/共44页第十一页,共44页。光量子具有光量子具有(jyu)“(jyu)“整体性整体性”电磁辐射由以光速电磁辐射由以光速c c 运动的局限于空间运动的局限于空间 某一小范围的光量子(光子某一小范围的光量子(光子(gungz)(gungz))组)组成,成,E=h 1.1.爱因斯坦光量子假设爱因斯坦光量子假设(jish)(1905)(jish)(1905)2.2.对光电效应的解释对光电效应的解释逸出功逸出功A A电子逸出金属表面克服阻力所需功电子逸出金属表面克服阻力所需功三三
9、.爱因斯坦的光量子论爱因斯坦的光量子论第11页/共44页第十二页,共44页。当当 A/hA/h时,不发生时,不发生(fshng)(fshng)光电效应。光电效应。红限频率红限频率(pnl)(pnl)光电效应光电效应(un din xio yng)方程方程四四.光的波粒二象性光的波粒二象性1.1.近代认为光具有波粒二象性近代认为光具有波粒二象性在有些情况下,光突出显示出波动性;在有些情况下,光突出显示出波动性;而在另一些情况下,则突出显示出粒子性。而在另一些情况下,则突出显示出粒子性。光电效应的瞬时性光电效应的瞬时性第12页/共44页第十三页,共44页。第13页/共44页第十四页,共44页。2.
10、2.基基本本(jbn)(jbn)关系式关系式粒子粒子(lz)(lz)性:能量性:能量E E,动量,动量P P,质量,质量m m波动性:波长波动性:波长(bchng)(bchng),频率,频率光子光子描述光的性质的基描述光的性质的基本关系式本关系式第14页/共44页第十五页,共44页。例图中所示为在一次光电效应例图中所示为在一次光电效应(un(un din xio yng)din xio yng)实验中得出的曲线实验中得出的曲线 (1 1)由图中数据求出普朗克恒量)由图中数据求出普朗克恒量 。(2 2)该金属光电效应)该金属光电效应(un din xio(un din xio yng)yng)的
11、红限频率。的红限频率。第15页/共44页第十六页,共44页。光电管的阴极用逸出功光电管的阴极用逸出功A=2.2 eVA=2.2 eV的金属制成,今用一的金属制成,今用一单色光照射此光电管,阴极发射出光电子,测得截止单色光照射此光电管,阴极发射出光电子,测得截止(jizh)(jizh)电压为电压为5 V5 V,求:,求:(1 1)光电管阴极金属的光电效应红限波长?)光电管阴极金属的光电效应红限波长?(2 2)入射光波长?(普朗克恒量)入射光波长?(普朗克恒量 )基本电荷基本电荷(j bn din h)(j bn din h)第16页/共44页第十七页,共44页。3 3.康康 普普 顿顿 散散 射
12、射(snsh)(snsh)1.1.康康普普顿顿研研究究(ynji)X(ynji)X射射线线在在石石墨墨上上的散射的散射准直系统准直系统入射光入射光 0 散射光散射光 探探测测器器石墨石墨散射散射体体散射散射(snsh)(snsh)的的X X射线中有波长射线中有波长变大的现象变大的现象2.2.康普顿的解释康普顿的解释 X X射线光子与射线光子与“静止静止”的的“自由电子自由电子”弹性碰撞弹性碰撞 碰撞过程中能量与动量守恒碰撞过程中能量与动量守恒反冲电子反冲电子反冲电子反冲电子第17页/共44页第十八页,共44页。波长波长(bchng)(bchng)偏移偏移电子电子(dinz)(dinz)的康普顿
13、波长的康普顿波长3.3.康普顿散射实验康普顿散射实验(shyn)(shyn)的的意义意义过程讨论过程讨论:光子将一部分能量传给电子,光子将一部分能量传给电子,变小,变小,增加增加 一部分光子波长不变,称为瑞利散射一部分光子波长不变,称为瑞利散射 证明了光的波粒二象性证明了光的波粒二象性 光子与粒子的作用过程严格遵守动量、能量守恒光子与粒子的作用过程严格遵守动量、能量守恒X X射线的康普顿效应明显射线的康普顿效应明显第18页/共44页第十九页,共44页。例例:波长波长000.01nm0.01nm的的X X射线与静止的自由电子射线与静止的自由电子(dinz)(dinz)碰碰撞。在与入射方向成撞。在
14、与入射方向成9090角的方向上观察时,散射角的方向上观察时,散射X X射线的射线的波长多大?反冲电子波长多大?反冲电子(dinz)(dinz)的动能和动量各如何?的动能和动量各如何?1.1.2.2.3.3.反冲电子反冲电子(dinz)(dinz)获得的最大动能?获得的最大动能?第19页/共44页第二十页,共44页。光光子子能能量量为为0.5MeV0.5MeV的的X X射射线线,入入射射到到某某种种物物质质上上而而发发生生(fshng)(fshng)康康普普顿顿散散射射,若若反反冲冲电电子子的的动动能能为为0.1MeV0.1MeV,则则散散射射光光波波长长的的改改变变量量与与入射光的波长之比为?
15、入射光的波长之比为?P P174174 选择题选择题1 1第20页/共44页第二十一页,共44页。光的波粒光的波粒二象性二象性光子光子(gungz)光波光波(gungb)能量能量(nngli(nngling)Eng)E动量动量P P频率频率 波长波长l lE=h P=h/l/l4 4 4 4 粒子的波动性粒子的波动性粒子的波动性粒子的波动性一一.德布罗意假设德布罗意假设实物粒子具有波动性实物粒子具有波动性光光(波波)具有粒子性具有粒子性粒子粒子粒子波粒子波能量能量Emc2动量动量P=mv频率频率 mcmc2 2/h/h波长波长l=l=h/P=h/mv与粒子相联系的波称为与粒子相联系的波称为物质
16、波物质波或或德布罗意波德布罗意波德布罗意公式德布罗意公式l l:德布罗:德布罗意波长意波长量子力学的基础就是波粒二象性思想量子力学的基础就是波粒二象性思想第21页/共44页第二十二页,共44页。二实验二实验(shyn)(shyn)验证验证电子通过电子通过(tnggu)(tnggu)镍单晶的衍射镍单晶的衍射实验实验1.19271.1927年,戴维逊和革末实验年,戴维逊和革末实验(shyn)(shyn)dq q德布罗意波长德布罗意波长 l l1.671010 m与实验结果相符与实验结果相符第22页/共44页第二十三页,共44页。电子通过电子通过(tnggu)(tnggu)多晶薄膜的衍射实验多晶薄膜
17、的衍射实验电子的单缝、双缝、三缝和四缝衍射电子的单缝、双缝、三缝和四缝衍射(ynsh)(ynsh)实验实验2.19272.1927年年G.PG.P汤姆逊实验汤姆逊实验(shyn)(shyn)3.19613.1961年约恩逊年约恩逊多晶薄膜多晶薄膜电子束电子束19371937年年戴维逊革末戴维逊革末和和G.PG.P汤姆逊汤姆逊获得获得诺诺贝尔奖贝尔奖19291929年德布罗意因年德布罗意因其博士论文获得诺其博士论文获得诺贝尔物理学奖贝尔物理学奖第23页/共44页第二十四页,共44页。4.4.中子、质子中子、质子(zhz)(zhz)等微观粒子也具有波粒等微观粒子也具有波粒二象二象 性,德布罗意公式
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