黑体辐射-普朗克量子假设-光电效应-康普顿效应PPT课件

.,1,.,2,.,3,量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布洛意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代，就建立了一套完整的量子力学理论.,量子力学,经典力学,现代物理的理论基础,量子力学相对论,量子力学,.,4,15.1.1黑体黑体辐射,（1）热辐射实验证明不同温度下物体能发出不同的电磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射.,（2）单色辐射出射度单位时间内从物体单位表面积发出的频率在附近单位频率区间（或波长在附近单位波长区间）的电磁波的能量.,单色辐射出射度单位：,单色辐射出射度单位：,15-1黑体辐射普朗克量子假设,.,5,太阳,（3）辐射出射度（辐出度）,单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.,钨丝,.,6,实验表明辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强.,（4）黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体.（黑体是理想模型）,.,7,(5)斯忒藩玻耳兹曼定律维恩位移定律,1.斯忒藩玻耳兹曼定律,斯特藩玻尔兹曼常量,2.维恩位移定律,常量,峰值波长,.,8,例15.1太阳的单色辐出度的峰值波长，试由此估算太阳表面的温度和单位面积辐射功率.,解,由维恩位移定律得太阳表面的温度,由斯忒藩玻耳兹曼定律得太阳表面单位面积辐射功率:,.,9,15.1.2黑体辐射的维恩公式和瑞利金斯公式经典物理的困难,维恩假设：黑体的辐射可看成是由许多具有带电的简谐振子（分子，原子的振动）所发射，辐射能按频率（波长）分布的规律类似于麦克斯韦分子速度分布律.,1、维恩公式：,于1896年得出绝对黑体的单色辐出度与波长、温度关系的一个半经验公式。,.,10,维恩公式：,.,11,2瑞利金斯公式,将能量按自由度均分原理运用到电磁辐射上，并认为在黑体空腔中辐射的电磁波是谐振子所发射的驻波，这样得到的公式为,.,12,普朗克（18581947）,德国理论物理学家，量子论的奠基人.1900年他在德国物理学会上，宣读了以关于正常光谱中能量分布定律的理论为题的论文.劳厄称这一天是“量子论的诞生日”.量子论和相对论构成了近代物理学的研究基础.,.,13,1900年普朗克提出了能量子假说：,1.黑体的腔壁是由无数带电谐振子组成.这些谐振子不断吸收和辐射电磁波与腔内辐射场交换能量.,2.这些谐振子具有的能量是分立的，它们只能取:,普朗克常量：,15.1.3普朗克假设普朗克黑体辐射公式,与频率有如下关系：,当振子与腔内辐射场交换能量时，能量改变值也只能是的整数倍。,正整数,.,14,普朗克黑体辐射公式,当，趋于维恩公式；当0，趋于瑞利金斯公式。,.,15,.,16,例15.2某物体辐射频率为的黄光，这种辐射的能量子的能量是多大？,解：根据普朗克能量子公式,此能量就是辐射体在辐射或吸收黄光过程中最小的能量单元.,.,17,解（1）,基元能量,.,18,（2）,在宏观范围内，能量量子化的效应是极不明显的，即宏观物体的能量完全可视作是连续的.,.,19,15.2.1光电效应爱因斯坦方程,1光电效应实验装置,光照射至金属表面,电子从金属表面逸出,称其为光电子.,2光电效应实验规律,(1)截止频率（红限）,几种纯金属的截止频率,仅当才发生光电效应，截止频率与材料有关与光强无关.,15-2光电效应光的量子性,.,20,（光强）,遏止电压与光强无关,遏止电势差与入射光频率具有线性关系.,.,21,K：与金属材料无关的普适常数。U0：对同一金属是一个常量，不同金属不同。,(3)瞬时性,实验表明，当光照射到金属表面上时，只要入射光频率，无论光多微弱，几乎立即就有光电子逸出，时间不超过10-9S。,.,22,按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止.与实验结果不符.,3经典理论遇到的困难,(1)红限问题,(2)瞬时性问题,按经典理论,无论何种频率的入射光,只要其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属.与实验结果不符.,.,23,4光子爱因斯坦方程,（1）“光量子”假设,光子的能量为,（2）解释实验,逸出功与材料有关,(1)对同一种金属，一定，与光强无关,.,24,(2)逸出功,(3)光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子数目越多，光电流越大.（时）,(4)光子射至金属表面，一个光子携带的能量将一次性被一个电子吸收，若，电子立即逸出，无需时间积累（瞬时性）.,.,25,（3）的测定,爱因斯坦方程,.,26,例15.4设有一半径为的薄圆片，它距光源1.0m.此光源的功率为1W，发射波长为589nm的单色光.假定光源向各个方向发射的能量是相同的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数.,解,.,27,5光电效应在近代技术中的应用,光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.,光电倍增管,.,28,6光的波粒二象性,光子,相对论能量和动量关系,（2）粒子性：（光电效应等）,（1）波动性：光的干涉和衍射,.,29,例15.5钾的光电效应红限波长为550nm,求:,求（1）钾电子的逸出功；,（2）当用波长300nm紫外光照射时,钾的遏止电压Ua。,解（1）,（2）,.,30,例15.6波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.,求（1）这种光的光子能量和动量；,（2）光电子逸出钠表面时的动能；,（3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？,解（1）,（2）,（3）,.,31,1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分.,一实验装置,15.2.2康普顿效应,.,32,经典电磁理论预言，散射辐射具有和入射辐射一样的频率.经典理论无法解释波长变化.,二实验结果,在散射X射线中除有与入射波长相同的射线外，还有波长比入射波长更长的射线.,三经典理论的困难,.,33,电子反冲速度