量子理論的起源量子理論的起源1一.熱輻射任何物體在任何溫度下都在向外發(fā)射電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱(chēng)為熱輻射。所輻射電磁波的特征僅與溫度有關(guān)。物體隨溫度升高時(shí)的顏色變化

T24.1黑體輻射和普朗克的量子假設(shè)一.熱輻射任何物體在任何溫度下都在向外發(fā)射電磁波，這種由于2▲影響物體熱輻射的因素(1).材料同一溫度下,不同材料的物體有不同的熱輻射;(2).溫度同一物體,溫度越高,熱輻射越強(qiáng)?！镒⒁?1.物體在熱輻射的同時(shí)，也在吸收周?chē)矬w發(fā)出的輻射能;吸收能力與物體的材料和表面狀況有關(guān);2.物體吸收輻射的能力隨波長(zhǎng)和溫度而變化;3.高溫物體輻射能>吸收能，導(dǎo)致物體溫度下降?！绊懳矬w熱輻射的因素(1).材料同一溫度下,不同材料的物3二.有關(guān)輻射的物理量▲單色輻射本領(lǐng)(單色幅出度)

單位時(shí)間內(nèi)，溫度為T(mén)的物體單位面積上發(fā)射的波長(zhǎng)在

～+d范圍內(nèi)的輻射能dE

與波長(zhǎng)間隔d的比值單色幅出度與物體的溫度和輻射波長(zhǎng)有關(guān)二.有關(guān)輻射的物理量▲單色輻射本領(lǐng)(單色幅出度)4▲總幅出度單位時(shí)間內(nèi)從單位面積上發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射能總幅出度僅與物體的溫度有關(guān)▲總幅出度單位時(shí)間內(nèi)從單位面積上發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射能總幅5三.黑體輻射▲黑體

有一類(lèi)物體，不論組成成分，在相同的溫度下，發(fā)射相同的光譜，其表面吸收所有的熱輻射，無(wú)反射光。理想化模型煤灰體(99%)不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。黑體模型三.黑體輻射▲黑體有一類(lèi)物體，不論組成成分6

對(duì)于給定溫度T

，黑體的單色輻出度E(

,T)有一最大值,其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為

m。黑體的輻出度按波長(zhǎng)分布曲線(xiàn)▲維恩位移定律E(

,T)O

1700K1500K1300K1100K熱輻射的峰值波長(zhǎng)隨著溫度的增加而向著短波方向移動(dòng)。對(duì)于給定溫度T，黑體的黑體的輻出度按波長(zhǎng)分布曲線(xiàn)▲維恩7曲線(xiàn)下的面積

黑體在一定溫度T下的總幅出度▲斯特藩-玻耳茲曼定律E(

,T)O

1700K1500K1300K1100K曲線(xiàn)下的面積黑體在一定溫度T下的總幅出度▲斯特藩-8四.普朗克量子假設(shè)考慮黑體單色幅出度E(

,T)▲古典物理學(xué)的理論公式1.維恩公式短波區(qū)2.瑞利-金斯公式長(zhǎng)波區(qū)四.普朗克量子假設(shè)考慮黑體單色幅出度E(,T)▲古典物9o實(shí)驗(yàn)值/μm維恩線(xiàn)瑞利--金斯線(xiàn)紫外災(zāi)難普朗克線(xiàn)12345678o實(shí)驗(yàn)值/μm維恩線(xiàn)瑞利--金斯線(xiàn)紫外災(zāi)難普朗克線(xiàn)1234510普朗克—普朗克常量2.普朗克能量子假設(shè)(1).輻射黑體由帶電諧振子組成,諧振子的能量不連續(xù),是某一最小能量單元

0的整數(shù)倍n;—能量子(量子)(2).物體輻射或吸收能量時(shí),其總能量只能是hv的整數(shù)倍.n—量子數(shù)▲普朗克能量子假設(shè)1.普朗克公式普朗克—普朗克常量2.普朗克能量子假設(shè)(1).輻射黑體由11例.188頁(yè)24-16？解:例.188頁(yè)24-16？解:12例.188頁(yè)24-17？解:例.188頁(yè)24-17？解:1324.2光電效應(yīng)赫茲AVKA光電子光電流一.光電效應(yīng)24.2光電效應(yīng)赫茲AVKA光電子光一.光電14光強(qiáng)較強(qiáng)光電效應(yīng)的伏安特性曲線(xiàn)光強(qiáng)較強(qiáng)光電效應(yīng)的伏安特性曲線(xiàn)151.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1).入射光的光強(qiáng)及頻率不變,加速電壓U增加,光電流I增加;

且U增大到某一定值時(shí),光電流達(dá)到飽和值Is;(2).加速電壓U下降,光電流I也下降,但U=0時(shí),仍有光電流;當(dāng)U變負(fù),U減小到某一定值Ua時(shí),光電流為零;(3).用相同頻率不同光強(qiáng)的光入射,光強(qiáng)增大,飽和電流增大;

但遏止電壓Ua不變;遏止電壓1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1).入射光的光強(qiáng)及頻率不變,加速電壓16(4).用不同頻率的光入射,頻率越高,Ua越大;當(dāng)v<v0時(shí),若Ua=0,無(wú)光電流;(5).有光入射到電極上,馬上有光電流.v0—截止頻率/紅限(4).用不同頻率的光入射,頻率越高,Ua越大;當(dāng)v<v172.實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1).飽和電流Is的大小與入射光強(qiáng)度成正比;即單位時(shí)間內(nèi),電極上放出的電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比;(2).光電子的最大初動(dòng)能(或遏止電壓)與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),只與入射光的頻率有關(guān),頻率越高,光電子的能量越大;(3).入射光的頻率低于材料的紅限v0,則無(wú)光電流;(4).光的照射與光電子的發(fā)射幾乎同時(shí).2.實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1).飽和電流Is的大小與入射光強(qiáng)度成正比18二.愛(ài)因斯坦的光子理論愛(ài)因斯坦1.光電子的初動(dòng)能應(yīng)決定于入射光的光強(qiáng)，即決定于光的振幅而不決定于光的頻率。▲光的波動(dòng)說(shuō)的缺陷2.無(wú)法解釋紅限的存在。3.無(wú)法解釋光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無(wú)須時(shí)間的積累。二.愛(ài)因斯坦的光子理論愛(ài)因斯坦1.光電子的初動(dòng)能應(yīng)決定于19▲光量子假設(shè)1.光是一束以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流,粒子—光量子(光子);2.每一光子的能量

=hv,不同的頻率的光具有不同的能量.▲光電效應(yīng)方程(愛(ài)因斯坦方程)

金屬中的電子吸收了光子的能量hv,一部分用于克服金屬的束縛A,另一部分轉(zhuǎn)換為光電子的動(dòng)能Ek逸出功▲光量子假設(shè)1.光是一束以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流,粒子20▲對(duì)光電效應(yīng)的解釋1.光強(qiáng)增加

光子數(shù)增多

單位時(shí)間內(nèi)放出的光電子數(shù)增多;

飽和電流(光電子數(shù))與入射光的強(qiáng)度成正比2.光子能量<電子逸出功

電子無(wú)法掙脫金屬的束縛

v<v0時(shí)無(wú)光電流3.對(duì)于一定的金屬,逸出功A為常數(shù),光子頻率越高,初動(dòng)能越大;

初動(dòng)能僅與頻率有關(guān),與光強(qiáng)無(wú)關(guān)4.電子全部吸收光子的能量,中間無(wú)需積累時(shí)間.

馳豫時(shí)間極短▲對(duì)光電效應(yīng)的解釋1.光強(qiáng)增加光子數(shù)增多單位21三.光的波粒二象性▲光子的靜質(zhì)量——運(yùn)動(dòng)質(zhì)量三.光的波粒二象性▲光子的靜質(zhì)量——運(yùn)動(dòng)質(zhì)量22▲光子的動(dòng)量光既具有波動(dòng)性,又有粒子性光在傳播過(guò)程中,表現(xiàn)波動(dòng)性(干涉,衍射等)光的粒子性光的波動(dòng)性——

波粒二象性光在與物質(zhì)相互作用時(shí),表現(xiàn)波動(dòng)性(光電效應(yīng),

康普頓效應(yīng)等)▲光子的動(dòng)量光既具有波動(dòng)性,又有粒子性光在傳播過(guò)程中,表現(xiàn)23四.光電效應(yīng)的應(yīng)用光電管光電倍增管四.光電效應(yīng)的應(yīng)用光電管光電倍增管2424.3康普頓效應(yīng)一.康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律康普頓吳有訓(xùn)

X射線(xiàn)被較輕的物質(zhì)散射時(shí)，散射譜線(xiàn)中除了有和入射線(xiàn)波長(zhǎng)相同的成份外，還有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的成份，兩者的波長(zhǎng)差與散射角有關(guān)，它們的強(qiáng)度滿(mǎn)足一定的規(guī)律。24.3康普頓效應(yīng)一.康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律康普頓吳有訓(xùn)251.實(shí)驗(yàn)裝置康普頓實(shí)驗(yàn)裝置示意圖X光檢測(cè)器X光管光闌散射物質(zhì)晶體1.實(shí)驗(yàn)裝置康普頓實(shí)驗(yàn)裝置示意圖X光檢測(cè)器X光管光闌散射晶262.康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1).在固定散射角

處觀察,散射光中有入射波長(zhǎng)

0的成分,又有波長(zhǎng)

>

0的成分;(2).改變散射角

,波長(zhǎng)差=-

0及波長(zhǎng)

的光強(qiáng)均隨角增大而增大,同時(shí)原波長(zhǎng)

0的光強(qiáng)減小;(3).同一散射角下,對(duì)所有散射物質(zhì),波長(zhǎng)的偏移

都相等;(4).對(duì)原子量小的物質(zhì),康普頓散射較強(qiáng),對(duì)原子量大的物質(zhì),康普頓散射較弱.2.康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1).在固定散射角處觀察,散27二.光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋1.

成分與

0成分的解釋光子與散射物質(zhì)的電子彈性碰撞碰撞中光子的部分能量傳給電子

光子能量減小

頻率降低

波長(zhǎng)變長(zhǎng)光子與內(nèi)層電子碰撞電子束縛緊

光子相當(dāng)于與整個(gè)原子相碰原子質(zhì)量大

光子方向改變,能量幾乎不變

波長(zhǎng)不變2.原子量與散射強(qiáng)弱的關(guān)系原子序數(shù)大

內(nèi)層電子數(shù)多

0的強(qiáng)度增大

散射較弱二.光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋1.成分與0成分283.

與

的關(guān)系靜止

00000nchphErrn=n=020==eepcmErnchphErrn=n=vmpmcEeerr=

=

2能量和動(dòng)量守恒定律3.與的關(guān)系靜止00000nchphErrn=29——康普頓散射公式——康普頓波長(zhǎng)

波長(zhǎng)改變與散射物質(zhì)無(wú)關(guān),僅決定于散射角；波長(zhǎng)改變隨散射角增大而增加?！灯疹D散射公式——康普頓波長(zhǎng)波長(zhǎng)改變與散射物質(zhì)無(wú)關(guān),30例.188頁(yè)24-26？解:(1)(2)例.188頁(yè)24-26？解:(1)(2)31例.188頁(yè)24-27？解:例.188頁(yè)24-27？解:32例.188頁(yè)24-29？解:例.188頁(yè)24-29？解:33量子理論的起源課件34一.氫原子光譜▲原子光譜(線(xiàn)狀光譜)光譜儀分光后形成一系列光譜線(xiàn)，每一條光譜線(xiàn)對(duì)應(yīng)一種波長(zhǎng)▲原子光譜的特點(diǎn)1.一定元素的原子光譜包含了完全確定的波長(zhǎng)成分,不同元素的光譜成分各不相同;2.每種元素的原子光譜中譜線(xiàn)按一定規(guī)律排列,組成線(xiàn)系.24.4玻爾的量子假設(shè)與玻爾模型一.氫原子光譜▲原子光譜(線(xiàn)狀光譜)光譜儀分光后形成一35二.氫原子光譜的經(jīng)驗(yàn)公式▲里德伯公式▲可見(jiàn)光波段(巴爾末系)—里德伯常量二.氫原子光譜的經(jīng)驗(yàn)公式▲里德伯公式▲可見(jiàn)光波段(巴爾末36▲氫原子線(xiàn)系賴(lài)曼系，紫外區(qū)巴爾末系，可見(jiàn)光區(qū)帕邢系，紅外區(qū)布拉開(kāi)系，紅外區(qū)普豐德系，紅外區(qū)漢弗萊系，紅外區(qū)漢森與斯特朗，紅外區(qū)▲氫原子線(xiàn)系賴(lài)曼系，紫外區(qū)巴爾末系，可見(jiàn)光區(qū)帕邢系，紅外區(qū)布37三.氫原子的玻爾模型盧瑟福▲盧瑟福的原子模型原子將“崩塌”原子是不穩(wěn)定的系統(tǒng)三.氫原子的玻爾模型盧瑟?！R瑟福的原子模型原子將“崩塌381.定態(tài)假設(shè)▲玻爾理論的基本假設(shè)2.頻率條件

原子系統(tǒng)只能處于一些不連續(xù)而又穩(wěn)定的能量狀態(tài)(定態(tài))定態(tài)中,電子作加速運(yùn)動(dòng),但不輻射或吸收能量E1,E2,E3,…原子從一定態(tài)向另一定態(tài)躍遷時(shí),輻射或吸收一光子的能量玻爾1.定態(tài)假設(shè)▲玻爾理論的基本假設(shè)2.頻率條件原393.量子化條件電子作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的角動(dòng)量L等于h/2

的整數(shù)倍量子數(shù)3.量子化條件電子作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的角動(dòng)量L等于h/2的整數(shù)40▲氫原子軌道半徑和能量的計(jì)算

根據(jù)電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)的模型及角動(dòng)量量子化條件可以計(jì)算出氫原子處于各定態(tài)時(shí)的電子軌道半徑。——玻爾半徑

電子處在半徑為rn的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以計(jì)算出氫原子系統(tǒng)的能量En為能量是量子化的▲氫原子軌道半徑和能量的計(jì)算根據(jù)電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)的模41——基態(tài)能級(jí)的定態(tài)稱(chēng)為受激態(tài)；時(shí)原子處于電離狀態(tài)——基態(tài)能級(jí)的定態(tài)稱(chēng)為受激態(tài)；時(shí)原子處于電離狀態(tài)42

根據(jù)氫原子的能級(jí)及玻爾假設(shè)，可以得到氫原子從能級(jí)En向Em躍遷時(shí)的輻射頻率為與氫原子光譜經(jīng)驗(yàn)公式相比，得1-7