试验曲线普朗克常数h.ppt

13.1量子论的形成,热辐射:由温度决定的物体的电磁辐射。,13.1.1黑体辐射和普朗克能量子假设,入射,反射,透射,吸收,辐射,物体辐射电磁波的同时也吸收电磁波。,辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。,单色辐出度-在一定温度T下，物体单位表面在单位时间内发射的波长在+d范围内的辐射能与波长间隔的比值，即,热辐射的特点:,(1)连续,(2)温度越高,辐射越强,(3)频谱分布随温度变化,(4)物体的辐射本领与温度、材料有关；辐射本领越大，吸收本领也越大。,1、黑体辐射,绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。,黑体辐射的特点：,与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强,煤烟,约99%,黑体模型,黑体热辐射,温度,材料性质,2、经典物理的解释及普朗克公式,MB,瑞利金斯公式(1900年),维恩公式(1896年),普朗克公式(1900年),实验曲线,普朗克常数h=6.62610-34Js,（为得到这一公式，普朗克提出了能量量子化假设）,电磁波,普朗克能量子假设,若谐振子频率为v，则其能量是hv,2hv,3hv,nhv,首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了经典物理学中能量连续的观念。,普朗克常数h=6.62610-34Js,腔壁上的原子(谐振子),能量,与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是hv(能量子)的整数倍.,意义,打开了人们认识微观世界的大门,在物理学发展史上起了划时代的作用.,伏安特性曲线,1、光电效应的实验规律,(1)饱和电流iS,(2)遏止电压Ua,iS:单位时间阴极产生的光电子数,I,13.1.2光电效应爱因斯坦光子假说,iS3,iS1,iS2,I1,I2,I3,-Ua,U,i,I1I2I3,光电子最大初动能和成线性关系,遏止电压与频率关系曲线,和v成线性关系,(实验装置示意图),0,A,(3)截止频率0,(4)即时发射:,迟滞时间不超过10-9秒,经典物理与实验规律的矛盾,电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与光强I有关)逸出，不应存在红限0。,当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。,只有光的频率0时，电子才会逸出。,逸出光电子的多少取决于光强I。,光电子即时发射，滞后时间不超过109秒。,总结,光电子最大初动能和光频率成线性关系。,光电子最大初动能取决于光强，和光的频率无关。,2、爱因斯坦光子假说和光电效应方程,光是光子流，每一光子能量为h，电子吸收一个光子,（A为逸出功）,单位时间到达单位垂直面积的光子数为N，则光强I=Nh.I越强,到阴极的光子越多,则逸出的光电子越多。,电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累。,光频率A/h时，电子吸收一个光子即可克服逸出功A逸出(o=A/h)。,结论,光电子最大初动能和光频率成线性关系。,一铜球用绝缘线悬挂于真空中，被波长为=150nm的光照射。已知铜的逸出功为4.5eV。,铜球失去电子后带正电，电势升高，使束缚电子的势垒也升高，设铜球表面的电势为U，逸出电子的速度为v，铜的逸出功为A，爱因斯坦光电效应方程为,逸出电子的最大动能为零时，铜球电势达最高Umax，有,解,例,铜球因失去电子而能达到的最高电势。,求,光子动量,13.1.3光（电磁辐射）的波粒二象性,光子能量,光子质量,粒子性,波动性,光电效应的应用,光电管:光电开关,红外成像仪,光电传感器等,光电倍增管:(微光)夜视仪,测量波长在2001200nm极微弱光的功率,光电倍增管,散射线中有两种波长0、，,随散射角的增大而增大。,探测器,13.1.4康普顿效应,X光管,光阑,散射物体,(实验装置示意图）,散射物体不同，0、的强度比不同。,1、经典物理的解释,经典理论只能说明波长不变的散射，而不能说明康普顿散射,电子受迫振动,同频率散射线,发射,单色电磁波,受迫振动v0,照射,散射物体,2、光子理论的解释,能量、动量守恒,(1)入射光子与外层电子弹性碰撞,外层电子,（电子的康普顿波长）,其中,(2)X射线光子和原子内层电子相互作用,光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。,自由电子,内层电子被紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞。,波长变化,结论,原子,强度变化,吴有训实验结果,例0=0.02nm的X射线与静止的自由电子碰撞,若从与入射线成900的方向观察散射线。,求,(1)散射线的波长;(2)反冲电子的动能;(3)反冲电子的动量。,解,(1)散射线的波长:,(2)反冲电子的动能:,(3)反冲电子的动量：,1、氢原子光谱的实验规律,记录氢原子光谱的实验原理,13.1.3原子结构与原子光谱,氢放电管,23kV,光阑,全息干板,三棱镜（或光栅）,光源,氢原子线状光谱,（摄谱仪）,（氢光谱的里德伯常量）,(3)k=2(n=3,4,5,)谱线系赖曼系（1908年）,(2)谱线的波数可表示为,k=1(n=2,3,4,)谱线系巴耳末系（1880年）,(1)分立线状光谱,实验规律,（氢原子的巴耳末线系）,经典理论的困难,(2)跃迁假设,2、玻尔的氢原子理论,(1)定态假设,原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子，频率,稳定状态,这些定态的能量不连续,不辐射电磁波,电子作圆周运动,v,（定态）,(3)角动量量子化假设,轨道角动量,r,向心力是库仑力,由上两式得,第n个定态的轨道半径为,能量量子化,-13.6eV,玻尔半径,轨道半径量子化：,En(eV),氢原子能级图,-13.6,-1.51,-3.39,0,n=1,n=2,n=3,n=4,n=5,n=6,波数(与实验对比),当时实验测得,其中计算得到,成功地把氢原子结构和光谱线结构联系