大学基础物理电子教案：25初期量子论

1、第25章初期量子论,第25章 初期量子论,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,25.5 对玻尔原子理论的评价,25.4 佛兰克赫兹实验,25.3 玻尔的氢原子量子论,卷首页,习 题 课,大学基础物理（3）电子教案,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,25.1 黑体辐射与普朗克,25.1.1 热辐射 黑体,1.热辐射,辐射能、热辐射、温度辐射、平衡热辐射,2.单色吸收、反射、透射系数,3.黑体及其模型,热辐射 绝对黑体 基尔霍夫定律 黑体的辐射定律 普朗克量子假设,1)定义,章首页,2) 模型：在不透明的材料制成开有一个小孔的空腔,n=100，则出射能量 (

2、1-a)n =2.6610-4，几乎为0,设入射小孔的能量为1,腔壁的吸收系数为a,若a= 0.1,腔内表面极为粗糙)，此小孔的表面可视为黑体,章首页,热辐射 黑体 基尔霍夫定律 黑体的辐射定律 普朗克量子假设,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,25.1.2 基尔霍夫定律,1.单色辐射本领e(,T,在一定温度下，从物体表面上所发射的在+ d,2.基尔霍夫定律,面积上、单位频段间隔所辐射的能量，称为e(,T,的频段范围内的辐射能都是在单位时间内，从单位,章首页,热辐射 黑体 基尔霍夫定律 黑体的辐射定律 普朗克量子假设,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,25.1.3 黑体的辐射定律,1.测定

3、eB(,T)实验装置和实验曲线,2.黑体的辐射定律,1).斯忒藩波耳兹曼定律,2).维恩位移定律,章首页,热辐射 黑体 基尔霍夫定律 黑体的辐射定律 普朗克量子假设,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,25.1.4 普朗克量子假设,1.经典辐射理论,1）.瑞利琼斯公式,式中c1,c2为实验决定的常数,2.普朗克理论,1)普朗克公式,2）.维恩公式,章首页,热辐射 黑体 基尔霍夫定律 黑体的辐射定律 普朗克量子假设,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,2)普朗克理论要点,a.振子发射或吸收的能量为n,b.空腔中每一驻波的能量为， n=1,2,。亦为,相邻能态的能量间隔,差值，称为能量子,n=1,

4、2,。为相邻两态能量,章首页,热辐射 黑体 基尔霍夫定律 黑体的辐射定律 普朗克量子假设,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,例：已知弹簧振子的m=0.30kg,解,2)初态的量子数n为多少,耗散。问：(1)观察到的能量减少是连续的还是分立的,由于粘滞和摩擦，使系统能量逐渐,k=3.0N/m，当t=0时， x=A=0.10m,章首页,热辐射 黑体 基尔霍夫定律 黑体的辐射定律 普朗克量子假设,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,附：自学思考题,作业（1） 习题 10,13,15 自学习题:16,18 预习25.2、4 自学：光电效应,是如何解释的,2.光电效应有几条实验规律？经典理论和光子理论

5、,1.什么叫光电效应和光子假说,章首页,热辐射 黑体 基尔霍夫定律 黑体的辐射定律 普朗克量子假设,25.1 黑体辐射与普朗克量子假设,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,25.2 光电效应与爱因斯坦,25.2.1 光电效应 光量子,1.实验装置和实验规律,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,自学,光电效应，而与S的大小无关,才能产生,章首页,将上式两边乘以e，考虑式(*)，得,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,实验指出不同的金属，U0不同，因此有不同的红限,从光开始照射到K释放出光电子的时,间t10

6、-9 s,而与S无关,由该式可以得到两个重要结果,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,a.频率为的光束是由能量为h并以光速c运动的光,b.频率越高的光束，其光子能量越大,c.对给定频率的光束来说，光的强度越大，则光子,子流构成,的数目越多,2).光子假说,1).经典理论(即光的电磁波理论,2.光电效应的理论,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,3).光电效应方程,3.对实验规律的圆满解释,1).波动性：干涉、衍射、反射、折射、透射、偏,2).粒子性：能量、质量

7、、动量,振等,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,25.2.2 康普顿效应,1.瑞利散射,2.康普顿效应,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,1)实验结果,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,2)实验规律,与0、散射物质均无关,式中 ,称为康普,b.原子量较小的物质,康普顿效应较强,反之较弱,c.散射光中仍有0的波长成份,a.散射光中有0的波长成份出,顿波长,现,并且,章首页,25.2 光电效

8、应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,3.康普顿效应的理论,1).经典理论(即光的电磁波理论,2).光子理论的基本思想,3).光子理论的定量分析,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,4).对实验规律的圆满解释,4.两个重要的结论,中成立,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,25.2.3 电子对效应,1.电子对效应,2.电子对能量守恒方程(光子理论,3.产生电子对效应的三个条件,1）.能量条件,2）.环境条件,必须要有重

9、核参加,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,因此必须有一个第三者(重核)参加，才能同时满足 能量守恒和动量守恒定律。否则，此过程不可能实现,必须满足电荷守恒定律,4.正负电子发射方向,25.2.4 三种效应主要性质的比较（自学,3）.电荷条件,章首页,25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论,光电效应 光量子 康普顿效应 电子对效应 三种效应的比较,25.3 玻尔的氢原子量子论,25.3.1 原子的有核模型,1).碰撞法,2).光谱法,2.原子结构理论发展过程简介,1).汤姆逊模型：葡萄干(电子)蛋糕(正电球,2).卢瑟福模型：行

10、星结构,1.原子结构研究方法,原子的有核模型 氢原子光谱的实验规律 玻尔的原子理论 玻尔原子理论的应用,3).粒子散射实验的检验结果,章首页,25.3 玻尔的氢原子量子论,4).卢瑟福模型存在的几个基本问题,25.3.2 氢原子光谱的实验规律,1.实验结果,2.巴耳末经验公式,3 .氢原子光谱巴耳末系的里德伯公式,氢原子光谱图,章首页,25.3 玻尔的氢原子量子论,式中,称为里德伯常数,原子的有核模型 氢原子光谱的实验规律 玻尔的原子理论 玻尔原子理论的应用,对于一定的线系，k取一定的值，如下表所示,4.广义的里德伯公式,章首页,25.3 玻尔的氢原子量子论,原子的有核模型 氢原子光谱的实验规

11、律 玻尔的原子理论 玻尔原子理论的应用,25.3.3 玻尔的原子理论,1.经典理论与行星模型的矛盾,1).氢原子光谱是连续光谱,2).原子结构是不稳定的,2.玻尔的原子理论(玻尔模型假设,1).原子定态的假设,2).频率条件的假设,章首页,25.3 玻尔的氢原子量子论,原子的有核模型 氢原子光谱的实验规律 玻尔的原子理论 玻尔原子理论的应用,25.3.4 玻尔原子理论的应用,章首页,25.3 玻尔的氢原子量子论,原子的有核模型 氢原子光谱的实验规律 玻尔的原子理论 玻尔原子理论的应用,定态的(玻尔轨道角动量,量子化条件,4.对实验规律的圆满解释,1).线光谱的解释,2).连续谱的解释,章首页,

12、25.3 玻尔的氢原子量子论,原子的有核模型 氢原子光谱的实验规律 玻尔的原子理论 玻尔原子理论的应用,赖曼系的连续谱,特别注意：在某一时刻，一个受,因为u可连续取值，所以为,连续分布，当u=0时=R，该数值,为赖曼系中线光谱与连续谱的分,氢原子，可同时观测到不同的谱,线，对于大量处于不同受激态的,界线，称为线系限,激态的氢原子只能发射出一条谱,线,章首页,25.3 玻尔的氢原子量子论,原子的有核模型 氢原子光谱的实验规律 玻尔的原子理论 玻尔原子理论的应用,25.4 佛兰克赫兹实验,25.4 佛兰克赫兹实验,25.4.1 实验装置与原理,25.4.2 实验结果,实验结果（请点击图示,实验装置与原理 实验结果 分析与讨论,章首页,2.受激汞原子的光辐射,3. 高激发态的实现,章首页,25.4 佛兰克赫兹实验,25.4.3 分析与讨论,实验装置与原理 实验结果 分析与讨论,25.5 对玻尔原子理论的评价,25.5 对玻尔原子理论的评价,25.5.1 能够解决的问题,较圆满地解释氢原子、类氢,25.5.2 不能解决的问题,1.稍微复杂一点的原子光谱的规律性,2.氢原子光谱的精细结构,3.塞曼效应，以及谱线的强度，宽度、偏振等,离子光谱的规律性,章首页,25.5.3 理论的缺陷,经典理论与量子化假设的混合物,25.5.4 理论的成就,架起了一座从经典理论通向量子世界的金桥,附：自学思考