量子物理量子假说省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

量子假说量子假说这50年沉思，并没有使我更靠近“什么是光量子”这个问题处理。今天每个乡巴佬都自认为知道它答案，不过他错了。Einstein，在生命快结束时4/13/2024111第1页普朗克假说普朗克提出黑体辐射公式与当初最准确试验数据符合得很好。人们意识到，这其中必定蕴藏着一个还未被认识主要科学原理。结果发觉，只要作以下简单假设，就能从理论上推导出他找到黑体辐射公式(1900年12月14日)：粒子只能按能量等于e=hv整数倍一份份地吸收或发射频率为v电磁波。通常把这一天看成量子理论诞生日。因为这个重大贡献，普朗克被授予1918年度诺贝尔物理学奖。4/13/2024211第2页光量子假说这意味着粒子能量只能取特定一组允许值。量子化公式e=hv代表热能转换为辐射能最小单位，即微观粒子为了产生辐射能够释放微观动能最小值。量子化在好几年里没有受到很多关注，不过它最终横扫了整个物理学界。1905年，爱因斯坦在尝试处理光电效应疑难时对量子假说做了深入分析，提出光量子假说：辐射场由含有能量和动量光量子组成Planck-Einstein关系这个假说完美地解释了光电效应特征光量子能量电子动能逸出功4/13/2024311第3页对量子假说分析由普朗克量子化假说能够推断，振动粒子所释放光能量必须是hv整数倍。于是，振动粒子能量必定是量子化，它能量改变也只能是分立。能量守恒意味着，改变能量必须在瞬间转变成光，这么，由振动带电粒子发出辐射必定是一股一股。所以，电磁辐射永远以一个一个能量包或者小粒子形式出现。这些辐射粒子叫做光子，它们携带能量必定等于振动粒子能量改变。光子携带能量允许值叫做能量量子。光子静质量等于零，永远以光速运动4/13/2024411第4页光量子论例题：钠逸出功钠逸出功是2.3eV，要在钠内部打出电子，光波长不能大于

Å。(c=3×108m/s，h=6.626×10-34J.s，1eV=1.6×10-19J，1Å=10-10米)A)3800B)7600C)4500D)5400由逸出功定义得，要打出电子，光子能量必须满足由此得到光子波长必须满足4/13/2024511第5页光量子论例题：钠光电效应波长等于5400Å光照射到钠表面时开始发射电子。假如一束光照射到钠表面，出射电子含有1.2eV动能，这束光波长等于

Å。(c=3×108m/s，h=6.626×10-34J.s，1eV=1.6×10-19J，1Å=10-10米)A)1350B)5350C)6350D)35504/13/2024611第6页光量子假说意义在1905年，科学家对量子化并不适应。没有些人知道，这是向不能纳入经典物理学框架未知世界迈出第一步!光量子论首次表明有可能用量子假说处理经典物理学其它困难。爱因斯坦独创性、智力上勇气、物理洞察力和对简练解释追求赢得了胜利。因为对理论物理贡献，尤其是说明了光电效应定律，爱因斯坦被授予1921年度诺贝尔物理学奖。4/13/2024711第7页康普顿散射模型最终验证光量子假说试验叫做康普顿散射。1912年，Sadler和Meshan发觉，x-射线被轻原子量物质散射后，波长变长了；1923年，康普顿指出，这个现象是当x-射线光子与核外电子碰撞时，部分能量被电子带走所引发。假设在碰撞前电子速度很小，能够被看成是静止；另首先，轻原子原子查对核外电子束缚比较弱，电子能够被看作自由电子。假定在碰撞过程中系统总能量和动量守恒由能量守恒方程得出利用电子能量—动量关系利用动量守恒方程方程两边三个平方项全部相消4/13/2024811第8页康普顿散射预言剩下非平方项组成以下方程整理两边之后得到电子康普顿波长试验结果与理论预言完全一致，是对光量子概念一个直接而强有力支持；这个试验还证实，普朗克—爱因斯坦关系在定量上是正确；而且最终证实能量动量守恒定律适合用于任何物理过程。4/13/2024911第9页光波粒二象性证据这就带来了一个问题：辐射到底是波还是粒子？光量子理论成功是否会使科学家最终摈弃波动学说呢？结果表明，自然界并不让我们摈弃波动理论。干涉图样就是光波直接证据。于是我们有了两个互不相容电磁理论：干涉试验要求用波动理论解释，而光电效应则要求光粒子理论。辐射能够同时既是波又是粒子，这是难以想象。(请试着想一想)光含有波粒二象性，证据来自极微弱光强下多时间段曝光摄影。由此能够推断：光波产生图样来自大量光子。不过，这仅仅是在当前知识水平上了解。4/13/20241011第10页什么是光量子不论怎样了解，都能够这么认为，光是粒子性与波动性统一体，在不一样条件下表现出不一样特征。在光双缝试验中，是什么原因使随机地撞击屏幕单个光子能够避开干涉图样中未来暗区而优先打在未来亮纹上呢？即使对这个问题探讨连续