原子物理学第二章

1、数理学院数理学院原子物理学原子物理学第二章第二章 原子的量子态：玻尔模型原子的量子态：玻尔模型1 背景知识背景知识黑体辐射黑体辐射黑体：如果一个物体能完全吸收外黑体：如果一个物体能完全吸收外来的电磁辐射而无反射和透射，则来的电磁辐射而无反射和透射，则被称为绝对黑体，简称黑体。被称为绝对黑体，简称黑体。1900年年 Planck提出了量子假说提出了量子假说1905年年 Einstein提出光量子假说，成功解释光电效应提出光量子假说，成功解释光电效应1913年年 Bohr 提出模型提出模型黑体黑体-温度温度数理学院数理学院原子物理学原子物理学 单位时间从黑体的单位面积上所辐射出去的波长在单位时间从

2、黑体的单位面积上所辐射出去的波长在 附近单位波长范围内的能量大小附近单位波长范围内的能量大小4)(TTE实验证明，黑体的总辐射本领实验证明，黑体的总辐射本领E(T)（每条曲线下的（每条曲线下的面积）与面积）与T4成正比成正比黑体辐射本领黑体辐射本领TR,数理学院数理学院原子物理学原子物理学WienWien位移律位移律b = 2.89775610-3 mK1893年年 WienWien由实验得出由实验得出与黑体材料和形状无关与黑体材料和形状无关（单位频率在单位体积内的辐射能量 ）,Ev T辐射能量密度,RT黑体辐射本领在不同温度T下，随 的变化规律1859年年 Kirchhoff证明证明mKmT

3、b数理学院数理学院原子物理学原子物理学,R v Tv黑体辐射本领在不同温度T下，随 的变化规律 d,-d,00TRTRTRKTTbcmTRcTRdTRdTR，2TEcTR，4黑体辐射本领与其辐射场能量密度关系：数理学院数理学院原子物理学原子物理学Rayleigh与与 Jeans 由经典电动力学和由经典电动力学和统计物理学导出，高频端发散，即统计物理学导出，高频端发散，即“紫紫外灾难外灾难”238,E v T dvkTv dvc231ien,W,vcTv vE v T dvdcv edvv得到在之间的辐射能流密度，低频端偏离实验结果低频端偏离实验结果数理学院数理学院原子物理学原子物理学338,1

4、hvkThvdvE v T dvce58,1hckThcdET de,0dET Wien位移公式位移公式1900年年10月月19日，日，Planck在德国物理学会会议上在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射能量密度分布公式提出一个黑体辐射能量密度分布公式Planck常数常数h = 6.626075510 -34 Js0 1 2 3 6Hz10/14)HzW/(m10)(29TM123 45k2000T普朗克公式的理论曲线普朗克公式的理论曲线实验值实验值*Rubens比较结果比较结果数理学院数理学院原子物理学原子物理学Planck公式与实验惊人地相符公式与实验惊人地相符！数理学院数理学院原子物理学

5、原子物理学 普朗克（普朗克（1858-1947）数理学院数理学院原子物理学原子物理学普朗克量子假说：从理论上解释普朗克公式普朗克量子假说：从理论上解释普朗克公式（1）谐振子的能量状态是量子化的。）谐振子的能量状态是量子化的。（2）不同形式的辐射，每一小份能量是不同的。）不同形式的辐射，每一小份能量是不同的。能量的最小单元能量的最小单元 0 称为称为“能量子能量子”1918年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖0hv0v0000,2,3, 1,2nn数理学院数理学院原子物理学原子物理学光电效应光电效应（1）光电效应的发现）光电效应的发现（2）光电效应的实验规律）光电效应的实验规律1900年，Lenard在He

6、rtz和Hallwachs实验的基础上，证明了金属在紫外光照射下会发射电子，这就是光电效应。A. 光电流的产生几乎与光照同时光电流的产生几乎与光照同时数理学院数理学院原子物理学原子物理学B. 光电流光电流i与光强与光强I成正比成正比C. 光电子的最大能光电子的最大能量与光强无关。量与光强无关。数理学院数理学院原子物理学原子物理学（3）光电效应的经典解释）光电效应的经典解释D.对某一确定的材料存在红限频对某一确定的材料存在红限频率率按照经典物理，光是电磁波，当光照在电子上时，电子便获得按照经典物理，光是电磁波，当光照在电子上时，电子便获得能量。当电子能量累积到一定程度，就能脱离原子的束缚而逸出。能量。当电子能量累积到一定程度，就能脱离原子的束缚而逸出。估算结果表明，以光强为估算结果表明，以光强为 1W/m2的光照射到钠金属的表面，要的光