1、1，第21章光的量子理論第22章玻爾的氫原子理論第23章量子力學的基本理論第24章激光與半導體，量子物理學，2，1光電效應，實驗規(guī)則1實驗裝置的陰極和陽極位于真空管中，電源在陽極和陰極之間保持一定的電位差。當一定波長的單色光照射到陰極時，電子(光電子)從陰極表面逃逸出來，被電場加速后被陽極收集，形成光電流。I，3，1光電效應，2實驗規(guī)律(1)光電流隨著兩級間電壓u的增加而增加，當u增加到一定值時，I達到飽和值im。從陰極逸出的電子都到達陽極。Im與入射光強度成正比。u (v)，I (a)，0，I2，i1，im2，im1，-UC，單位時間內從陰極發(fā)射的光電子數與入射光的強度成正比。4，1光電效應

2、，(2)當u=0，i 0 UUC，i=0。統(tǒng)一通信停止電壓。光電子的最大初始動能與停止電壓的關系為：U (V)、I (A)、0、I2、I1、IM2、IM1、-UC。實驗表明，截止電壓與入射光的強度無關，但與入射光的頻率成線性關系。光電效應，光電子的最大初始動能隨入射光的頻率線性增加。UC(V)，0，紅色極限頻率，當入射光的頻率小于紅色極限頻率時，無論入射光的強度如何，都不會有光電效應。與金屬材料無關的常數U0與金屬類型、6，1光電效應有關，(3)無論入射光的強度如何，從光開始照射金屬到光電子逃逸都需要很短的時間(10-9S)，幾乎沒有時間延遲。7，1光電效應，2經典物理學與光電效應的矛盾根據經

3、典電磁波理論：1光電子的最大初始動能應由入射光的強度而不是頻率決定。當入射光的頻率與金屬中電子的自然頻率一致，并且電子的初始動能最大時，就會發(fā)生共振。但事實是最大初始動能與頻率成線性關系。光波持續(xù)傳播。只要入射光有足夠的強度，任何頻率的入射光都會產生光電效應。3光電子需要吸收一定量的能量才能從金屬中逃逸，這表明入射光越弱，光電效應的時間延遲越長。阿爾伯特愛因斯坦是20世紀最偉大的自然科學家和物理革命的旗手。1905年的奇跡愛因斯坦創(chuàng)造了科學史上前所未有的奇跡。在今年三月至九月的六個月中，我在三個領域做出了四項劃時代的貢獻：光量子理論、分子運動理論、狹義相對論和質能等效。愛因斯坦的光子理論，單光

4、子理論光在空間傳播時也是粒子。光束是以光速傳播的粒子流。這些粒子被稱為光子。單光子的能量是：光的頻率h普朗克常數，10，24.2愛因斯坦光子理論和雙光子理論解釋光電效應1愛因斯坦光電效應方程光子的能量只能被電子整體吸收。從能量守恒中，我們可以得到：功函數，當電子從金屬表面逃逸時，克服電阻所需的功。光電子的最大初始動能。愛因斯坦的光子理論，2實驗規(guī)則的解釋(1)入射光強度越大，光子越多，光子與電子的相互作用越多，逸出的光電子越多，飽和光電流與入射光強度成正比。(2)最大初始動能與頻率成線性關系。(3)當光照射金屬時，電子吸收的能量是一次性的，沒有能量積累就沒有明顯的時間延遲。愛因斯坦的光子理論，

5、三種光的波粒二象性1光同時具有波和粒子的性質。反映波動性的特征量：頻率，波長，反映粒子性質的特征量：質量，動量，能量，能量乘，質量，動量乘，我們可以知道光子的靜態(tài)質量，13。示例：3當入射光頻率恒定且強度加倍時，飽和光電流加倍?？灯疹D散射：美國物理學家，因發(fā)現康普頓效應而獲1927年諾貝爾物理學獎?？灯疹D散射，康普頓散射實驗散射：當一束光穿過非均勻材料時，部分光偏離其原始傳播方向?？灯疹D散射實驗：X射線通過晶體、X射線管、石墨晶體、探測器時的散射，康普頓散射實驗規(guī)則：除了與原始射線波長相同的成分外，還有波長大于原始波長的成分。波長的變化與散射角有關，但與原始波長和散射物質無關?？灯疹D散射和雙光

6、子理論解釋了康普頓效應x光：光子流，每個光子的能量散射過程：散射材料中光子和電子之間的彈性碰撞。因為物質中外層電子的動能遠小于入射光子的動能，所以電子在碰撞前可以被認為是靜止的。在碰撞過程中，一部分光子能量轉移到電子，能量和頻率降低，因此波長增加。光子和電子在內層的碰撞可以看作是與原子的碰撞。因為原子的質量比光子的質量大得多，所以在碰撞過程中光子的能量幾乎不變，所以波長保持不變?？灯疹D散射，x射線：入射散射能量和動量，x，y，散射光子，反沖電子，入射光子，電子：碰撞前后的能量和動量0，其中19，3康普頓散射，根據能量和動量守恒定律，康普頓散射公式可由上述兩個公式求解：康普頓散射，康普頓散射和光

7、電效應的比較：(1)它是單個光子和單個電子之間的相互作用；(2)光電效應：入射光為可見光或紫外線康普頓效應：入射光為短波長的x光，當入射光為長波長時，能觀察到康普頓效應嗎？例：眾所周知，射線光子的能量是0.60。如果康普頓散射中散射光子的波長改變20，試著找出反沖電子的動能。解：散射波長，反沖電子的動能，22，例：波長為2.0的x光擊中碳塊，由于康普頓散射，頻率改變0.04，求：(1)該光子的散射角()。、23、22章波爾的氫原子理論，尼爾斯亨利克戴維玻爾(1885-1962)，丹麥物理學家和哥本哈根學派的創(chuàng)始人。1922年諾貝爾物理學獎得主。24，1氫原子光譜的實驗定律當原子被諸如輻射或與高

8、能粒子碰撞等外部因素激發(fā)時，發(fā)射光譜是包含一系列離散譜線的線性光譜。氫原子光譜，氫原子的可見光譜，2巴爾末公式：氫原子可見光譜的經驗公式，27，1氫原子光譜，里德堡進一步擴展巴爾末公式，里德堡常數，28，25。其他原子光譜有相似的規(guī)律，但光譜項的具體形式不同。29，1氫原子光譜，(1)k取不同的值，表示不同的譜線。例如，k2是Balmer系統(tǒng)；K3為Pashing系統(tǒng)；K1是萊曼系統(tǒng)。(2)當k和n的值不同時，可以給出同一譜系中各譜線的波數。玻爾的氫原子理論，原子的核型模型1911年，盧瑟福提出了原子的核型模型：原子中心是一個半徑約為10-14m的帶正電荷的原子核，它集中了大部分原子質量。電子

9、在封閉的軌道上圍繞原子核旋轉。玻爾的氫原子理論、經典模型和光譜定律之間的矛盾電子在空間中以可變的速度運動，它們的能量以電磁波的形式向外輻射，電磁波逐漸減小，半徑越來越小。電子最終會落在原子核上，但不可能穩(wěn)定地圍繞原子核運動。輻射電磁波的頻率與電子圍繞原子核運動的頻率相同，電子周圍的軌道不斷減小，旋轉頻率不斷增加。原子應該發(fā)出連續(xù)的光譜。玻爾的氫原子理論、玻爾的氫原子理論、玻爾的基本假設(1)穩(wěn)態(tài)假設原子中存在一系列具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)(穩(wěn)態(tài))，并且處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子不輻射能量。(2)頻率假設當一個原子從一個穩(wěn)態(tài)(en)躍遷到另一個穩(wěn)態(tài)(Ek)時，它會發(fā)射或吸收一個頻率為V的光子，光子能量為：

10、33，2玻爾氫原子理論；(3)軌道角動量(動量矩)的量子化假設電子角動量滿足：約化普朗克常數，34，2玻爾氫原子理論。-e，e，r，35，2玻爾氫原子理論，用半徑公式代替，36，2玻爾氫原子理論，電子只能在一些不連續(xù)的軌道上，r1:玻爾半徑，當n=1時，電子的軌道半徑，電子的最小軌道半徑，37，2玻爾氫原子理論，原子能原子的總能量是電子的動能。氫原子的能量只能取一系列不連續(xù)的值能級：當n=1時，氫原子的能量最低，激發(fā)態(tài)為n1，原子的能量大于基態(tài)39，2。根據玻爾的理論，每一個主量子數為n，原子的“狀態(tài)”就被確定。在這種狀態(tài)下，有，40，2個不連續(xù)的量子化能級。如果不同的能級用不同高度的水平線表

11、示，相鄰能級的能級差圖用不同的區(qū)間表示。n=1，-13.6 eV，n=2，-3.39 eV，n=，n越大，En越大。激發(fā)能：當一個原子從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，n=1，n=2，n=3，玻爾氫原子理論，電離態(tài)：當一個電子脫離原子核時，外界應該提供的能量。電離能：電子從某一能級躍遷到電離狀態(tài)所需的能量。N=2，n=1，如：43，2玻爾氫原子理論，3氫原子光譜的解釋當一個原子從較高的能級en躍遷到較低的能級Ek時，它將發(fā)射出頻率為：波數的光子。用該公式計算的里德堡常數與實驗值完全一致。44，2玻爾氫原子理論，n R=9a0，r=16a0，Balmer線系統(tǒng)，Reimann線系統(tǒng)，Paschen線系統(tǒng)，45

12、，2玻爾氫原子理論，吸收頻率：電子通過吸收外來光子的能量而吸收外來光子的頻率，從低能態(tài)K到高能態(tài)N。根據玻爾模型，如何計算電子在氫原子基態(tài)和激發(fā)態(tài)的轉速？解決方案：例如，在氣體放電管中，基態(tài)氫原子被能量為12.5電子伏的電子通過碰撞激發(fā)。當被激發(fā)的原子躍遷到低能級時，會發(fā)射出哪些波長的譜線？解：讓氫原子激發(fā)到最高的第n能級，得到n3.5，取n=3。有三種可能的譜線，48和49。例如，氫原子處于激發(fā)態(tài)，它的電離能是0.85電子伏。然后原子躍遷到另一個激發(fā)態(tài)，激發(fā)能是10.21電子伏。找出它發(fā)射的光子的能量和波長。標出相關能級的量子數。解：由，50，第23章，量子力學基礎理論，1粒子漲落，德布羅意

13、，法國物理學家，在1924年的博士論文中首次提出了“物質波”的概念。1929年獲得諾貝爾物理學獎。51，1粒子的易變性，一個德布羅意假說既然光具有波的特性同時又具有粒子的特性，那么習慣上把物理粒子當作經典粒子來對待，比如電子、質子等等，同時又具有波的特性嗎？1924年，受光的波粒二象性的啟發(fā)，德布羅意提出了基于自然界對稱性的假說。，52，1。德布羅意假設物理粒子也具有波粒二象性，它們的波長和頻率分別由動量和能量決定。這種與真實粒子相關的波被稱為物質波或德布羅意波。如果粒子運動速度很高，53，例如：(1)計算電子被100伏電壓加速時的德布羅意波長；(2)計算質量為1.010-15千克、運動速度為

14、2.0103米/秒的細菌粒子的德布羅意波長。解：(1)電子的動能，(2)54，1粒子的揮發(fā)性，美國物理學家戴維遜，英國物理學家湯姆森，1927年，美國的戴維遜和卡梅倫以及英國的湯姆森分別獨立進行了晶體的電子衍射實驗。結果表明，晶體上的電子衍射類似于晶體上的x光衍射，表明電子具有漲落。他們分享了1937年的諾貝爾物理學獎。55，1粒子的漲落，德布羅意波1戴維遜電子衍射實驗的實驗驗證，電子束強度與散射角的關系曲線，I，56，1粒子的漲落，電子束波長由德布羅意公式計算，設加速電壓為U54V，材料波波長對應于電子：57，1粒子的漲落，電子束波長由衍射公式計算， 并且在透射方向上用照相底片接收電子，從而

15、獲得電子衍射圖案、電子束、x光衍射圖案、電子束衍射圖案59。 根據最小分辨角公式，電子顯微鏡的分辨率遠遠大于光學顯微鏡。目前，最先進的電子顯微鏡的放大倍數已達200萬倍。1粒子漲落，三微觀粒子漲落的應用電子顯微鏡用高壓加速電子，使電子的德布羅意波長達到101102。60，2物質波的統(tǒng)計解釋，梅克斯玻恩(18821970)，德國理論物理學家，量子力學的創(chuàng)始人之一。玻恩從具體碰撞問題的分析出發(fā)，提出了波函數的統(tǒng)計解釋。波函數的二次冪表示粒子出現的概率。為此，他獲得了1954年的諾貝爾物理學獎。61，2物質波的統(tǒng)計解釋，波粒二重性之間的矛盾經典波概念：空間分布的某一物理量周期性地變化，它具有相干疊加，即它呈現干涉和衍射。經典粒子概念：它具有一定的性質，如質量和電荷。在太空中運動時有一個精確的軌道，也就是說，任何時候都有一定的位置和速度。在經典概念下，粒子和波很難統(tǒng)一成一個客觀實體。62，2物質波的統(tǒng)計解釋和兩個概率波實驗表明，電子的特征是粒子，但它們總是具有某