1、物體在任一溫度下發(fā)射從紅外線、 可見光到紫外線的現(xiàn)象。,因輻射與溫度有關(guān)，故稱熱輻射,1、熱輻射,一、基本概念,2、黑體,定義：物體的吸收率,3、輻射出射度（輻出度）,定義：在單位時間內(nèi)從物體單位表面上所輻射出去的各 種波長電磁能量的總和稱為該物體的輻射出射度 （簡稱輻出度）。,吸收多的物體輻射也多， 好的吸收體也是好的輻射體,這說明，只要知道黑體的單色 輻出度，就可以了解各種物體 的單色輻出度。,4、基爾霍夫定律,1860年，基爾霍夫指出：物體單色輻出度與吸收率的 比值與物體的性質(zhì)無關(guān)，是溫度T和波長 的普適函 數(shù),實(shí)際物體單色輻出度與黑體單色輻出度之比為發(fā)射率：,黑體 ，黑體的單色輻出度為

2、,二、黑體輻射實(shí)驗規(guī)律,1、黑體輻出度 的實(shí)驗規(guī)律,1879年，斯特藩實(shí)驗指出：,2、黑體單色輻出度 的實(shí)驗規(guī)律,曲線最大值對應(yīng)的波長稱為峰值波長,3、維恩位移定律（1839年）（理論推導(dǎo)）,隨溫度升高向短波方向移動,地球上常溫物體,太陽表面,只有T800K以上的物體，可見光部分才有可能觀察 能量。,三、普朗克黑體輻射公式,1、經(jīng)典物理學(xué)公式,1896年，維恩根據(jù)統(tǒng)計物理學(xué)導(dǎo)出黑體輻射理論公式,短波部分與實(shí)驗相符，但 長波部分與實(shí)驗偏離。,1900年，瑞利根據(jù)電動力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)能量按自由度 均分原理，得出：,短波部分與實(shí)驗偏離。 長波部分與實(shí)驗結(jié)果相符。,2、普朗克黑體輻射公式,1900年，

3、普朗克綜合維恩公式與瑞利公式“湊出”經(jīng)驗 公式,（1）由普朗克公式，得出斯特藩定律,（2）由普朗克公式，得出維恩位移公式,（3）長波段 普朗克公式過渡到瑞利金斯公式,（4）短波段,普朗克公式過渡到維恩公式,4、偉大意義 1905年 愛因斯坦的光子假說 1913年 玻爾氫原子理論（舊量子論） 1924年 德布羅意物質(zhì)波假設(shè) 1927年 海森伯、薛定諤的量子力學(xué) 1931年 狄拉克的相對論量子力學(xué),（但經(jīng)典理論認(rèn)為諧振子的能量是連續(xù)分布的）,可推導(dǎo)出黑體單色輻出度公式,3、普朗克量子假說,1900年普朗克指出：假設(shè)對于一定頻率 的帶電諧振 子具有能量 是 的整數(shù)倍，即,一、光電效應(yīng),1、光電效應(yīng)現(xiàn)

4、象,2、光電效應(yīng)的實(shí)驗規(guī)律,3、光電效應(yīng)方程,1905年，愛因斯坦提出了光子理論： 光在空間傳播時以能量子的形式一份一份傳播。,一束光則是以光速c運(yùn)動的粒子流，稱為光子。,（1）在單位時間內(nèi)，受光照射的金屬表面釋出的光電子 數(shù)與入射光強(qiáng)度成正比。 （2）光電子的初動能隨入射光的頻率 線形增加，而 與入射光強(qiáng)度無關(guān)。 （3）每種金屬都有一個截止頻率（稱為紅限頻率），當(dāng) 入射光的頻率低于紅限頻率時，不可能產(chǎn)生光電效應(yīng)。 （4）光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的。,光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)解釋為光子與電子的碰撞作用。電子吸收 了一個光子的能量 ，一部分消耗于逸出金屬表面是所 需的逸出功 ；另一部分則是光電子的初動能 。,由

5、光子理論（光子假設(shè)和光電效應(yīng)方程）對光電效應(yīng)現(xiàn)象 的解釋：,（1）由方程看出光電子初動能與入射光頻率的線性關(guān)系 解釋了第二條。,（2）按光子假說，一定頻率的光，強(qiáng)度愈大，其光子數(shù)目 愈多。因此，照到金屬上，釋出的光電子數(shù)目愈多，飽和 光電流愈大。解釋了第一條。,（3）按光子理論，光照射金屬時，一個光子的全部能量一 次由一個電子吸收，無需積累時間，因而解釋了瞬時性 （第四條）。,（4）關(guān)于紅限頻率的解釋，,二、康普頓效應(yīng)（散射）,1、康普頓效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗規(guī)律,早在1904年伊夫（AS . Eve)發(fā)現(xiàn)射線 被物質(zhì)散射后波長變長的現(xiàn)象,康普頓 相繼研究了射線及X射線的散射,他先 確定了伊夫的發(fā)現(xiàn)又

6、用自制的X射線分 光計,測定了X射線經(jīng)石墨沿不同方向的 散射的定量關(guān)系,1923年發(fā)表論文作出了解釋.,Compton實(shí)驗是X射線散射的實(shí)驗，按經(jīng)典理論是X射線的電場迫使散射物中的電子作強(qiáng)迫振蕩，而向周圍輻射同頻率的電磁波的過程。,Compton實(shí)驗否定了這一說法。,1)實(shí)驗裝置,2)實(shí)驗結(jié)果:,散射線中有與入射線相同的散 射線存在，也有波長0的散 射線存在（Compton散射）。,2、康普頓散射的理論解釋（光子理論解釋）,電子能量,能量守恒：,在垂直x方向,可改寫為：,（2）（3）平方后相加 得，,（1）平方后減（4）得，,得，,即,電子的康普頓波長：,其物理意義：入射光子的能量與電子的靜止

7、能量相等時 所對應(yīng)的光子的波長。,康普頓散射公式表明，波長的改變量 僅與散射角 有關(guān)，與散射物質(zhì)無關(guān)。 時 。 增大時， 也增大， 時 最大。,（2）光子除與原子中的自由電子發(fā)生碰撞外，還可能與束縛很緊的電子碰撞，這時光子將與整個原子間交換能量。由于原子的質(zhì)量比光子大很多，根據(jù)碰撞理論知，碰撞前后光子能量幾乎不變，因此散射光的頻率基本保持不變。,（3）輕原子中的電子受原子核的束縛較弱，可看作自由電子，同時康普頓效應(yīng)較強(qiáng)，峰值較高。重原子中的電子，除外層電子束縛較弱外，內(nèi)層電子束縛緊，因而康普頓效應(yīng)較弱。,三、光的波粒二象性,1、光的波動性：衍射、散射、干涉等。,2、光的粒子性：光電效應(yīng)、康普敦

8、效應(yīng)等。,光子的能量 光子的動量 光子的質(zhì)量 光子的靜止質(zhì)量,一、德布羅意假設(shè),1、,1924年，De Broglie在他的博士論文“量子論研究”中，大膽地提出了如下假設(shè)：,2、德布羅意公式,德布羅意公式,如用靜止質(zhì)量表示，,所以,二、德布羅意假設(shè)的實(shí)驗驗證,1923年Clnton Davisson發(fā)表了慢電子從鉑片反射的角分布 實(shí)驗情況，他發(fā)現(xiàn)彈性反射電子束強(qiáng)度在某些角度出現(xiàn)了 極大值。玻恩（Born）認(rèn)為是一種干涉現(xiàn)象，可能與德布 羅意波有關(guān)，這引起了戴維遜和革末（Lester Germer）繼 續(xù)對慢電子在鎳單晶表面散射進(jìn)行研究。,1）戴維遜-革末實(shí)驗與湯姆遜實(shí)驗,實(shí)驗裝置：,a=0.2

9、15nm,d=0.0908nm,電流出現(xiàn)了周期性變化,M,實(shí)驗結(jié)果：,實(shí)驗解釋：,將電子看成波，其波長為德布羅意波長：,既然是波，電流出現(xiàn)最大值時正好滿足布喇格 公式：,即：,實(shí)驗裝置：,顯然將電 子看成微 粒無法解 釋。,M,1927 年湯姆遜（GPThomson）以600伏慢電子 （=0.5）射向鋁箔，也得到了像X射線衍射一 樣的衍射，再次發(fā)現(xiàn)了電子的波動性。,1937年戴維遜與GP湯姆遜共獲當(dāng)年諾貝爾獎,（GPThomson為電子發(fā)現(xiàn)人JJThmson的兒子）,爾后又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子的衍射,2）電子雙縫實(shí)驗,1961年瓊森（Claus Jnsson）將一束電子加速 到50Kev，讓其通過

10、一縫寬為a=0.510-6m，間 隔為d=2.010-6m的雙縫,當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r, 發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射.,大量電子一次 行為,電子雙縫實(shí)驗-一個電子多次重復(fù)行為,3)量子圍欄(Quantum Corral)中的駐波,1993年克羅米(MFCorrie)等人用掃描電子顯微 鏡技術(shù),把銅(111)表面上的鐵原子排列成半徑為 7.13nm的圓環(huán)性量子圍欄,并觀測量到了圍欄內(nèi) 的同心圓柱狀駐波,直接證實(shí)了物質(zhì)波的存在.,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,注意:物質(zhì)波被廣泛用作探索手段.例核反應(yīng)產(chǎn)生 的中子(=0.1nm)可作為晶體探測器.,中子衍射顯示的苯結(jié)構(gòu),1927年，海森伯提出了不確定關(guān)系。,以電子的單縫衍射為例導(dǎo)出不確定關(guān)系。,電子位置不確定量,僅考慮零級極大，電子被限制在第一級極小的衍射范圍，,電子動量在x軸方向分量的不確定量,電子的德布羅意波長,即,如果