《波粒二象性》PPT课件

第十五章,量子物理,相对论1905狭义相对论;1916广义相对论.量子力学旧量子论的形成：1900Planck振子能量量子化1905Einstein电磁辐射能量量子化1913N.Bohr原子能量量子化,近代物理（20世纪）包括：,MM实验相对论黑体辐射量子论,1925Heisenberg矩阵力学,量子力学的建立：,量子力学原子、分子、原子核、固体量子电动力学（QED）电磁场量子场论原子核和粒子,量子力学的进一步发展：,1924deBroglie电子具有波动性,1928Dirac相对论波动方程,1927Davisson，G.P.Thomson电子衍射实验,1926Schroedinger波动方程,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,光电效应康普顿效应。,黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”。,原子的稳定性和大小。,15-1-1黑体辐射（Black-bodyradiation）,一.热辐射及其特点,温度不同时,辐射的波长（或频率）也不同，,1.热辐射,15-1黑体辐射和普朗克能量子假设,热辐射：物体内的分子、原子受到热激发而发射电磁辐射的现象。,任何物体（气、液、固）在任何温度下，都会有热辐射,极高温物体发出的是紫外光。,炽热物体发出的是可见光，,低温物体发出的是红外光，,温度短波长的电磁波的比例。,红外照相机拍摄的人的头部的热图,热的地方显白色，冷的地方显黑色,2.描述热辐射的基本物理量1)单色辐出度,2)（总）辐出度（总发射本领）M(T)（radiantexitance）,单位：w/m-2,M:从物体表面单位面积上辐射出的波长介于与之间的辐射功率与的比值。,这种温度不变的热辐射称之为平衡热辐射。,3.平衡热辐射,加热一物体，若物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，则物体的温度恒定。,光谱吸收比（率）a(T),同一温度下与材料种类无关,二.黑体（blackbody）,1.黑体：,黑体是理想化模型，,能完全吸收照射到它上面的各种频率的光的物体,即使是煤黑，对太阳光的a也小于99%。,即的物体。,描述物体的吸收能力,维恩设计的黑体,小孔空腔,维恩公式,2.黑体的M关系曲线,维恩公式在高频段与实验曲线符合得很好，但在低频段明显偏离实验曲线。,瑞利金斯公式,“紫外灾难”！,该公式在低频段与实验曲线符合得很好。,由经典理论导出的M0(T)公式都与实验曲线不完全符合！,“物理学晴朗天空中的一朵乌云!”,这正所谓是,维恩公式,瑞利金斯公式,普朗克的能量子假说和黑体辐射公式,很大时,很小时,普朗克公式,（Planckformula）,他提出：金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，谐振子可能具有的能量是量子化的。,辐射的振子模型,即辐射“能量子”的能量E=nh，n=1,2,3，,n称为量子数,称为能量子,1）维恩位移定律,3.黑体辐射定律,（Wiendisplacementlaw）,2）斯特藩玻耳兹曼定律,斯特藩玻耳兹曼常量,对普公式求导,对普公式积分,光电效应：光照射到金属表面时，电子会从金属表面逸出,光电效应中产生的电子称为“光电子”。,15-2光电效应爱因斯坦光量子理论,15-2-1光电效应,回路中形成电流称为光电流。,一.光电效应实验的结果：,1.存在截止频率（又称红限）,当入射光的频率大于截止频率时，才能产生光电效应；反之，无论入射光的强度多大，都不能产生光电效应。不同材料的截止频率不同。,2.在入射光频率不变时，饱和光电流随入射光强度I增加而增大；,在一定时，,达到im说明：单位时间内从阴极逸出的光电子全部被阳极吸收,单位时间内从阴极逸出的光电子数和光强成正比,3.遏止电压与入射光强度I无关，但与入射光的频率成正比。,4.光电效应具有瞬时响应特性(tW时才能产生光电效应，,不发生光电效应，所以存在红限频率,当W/h时，,在确定的光强下I=Nh，打出的最多电子数就是N,饱和电流,光电效应方程,光的频率决定光子能量，I只决定光子数目,根据,遏止电压与入射光的频率成正比，比例系数与材料的性质无关。,光子打出光电子是瞬时发生的,15-2-3光的波粒二象性（dualism）,波动性特征：,粒子性特征：,波长大或障碍物小波动性突出,波长小或障碍物大粒子性突出,光子静止质量m0