1、1.量子物理學(xué)。19世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了頂峰。牛頓力學(xué)1846年發(fā)現(xiàn)了電磁學(xué)的統(tǒng)計(jì)力學(xué)，光學(xué)和海王星的電磁光熱學(xué)。當(dāng)時(shí)，似乎所有已知的物理現(xiàn)象都可以從現(xiàn)有的理論中得到解釋。“物理學(xué)的大廈已經(jīng)基本建成，后世的物理學(xué)家只需要做一些修復(fù)工作?！?、相對(duì)論指出，經(jīng)典物理學(xué)的第一個(gè)局限性不適用于高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。量子物理學(xué)指出經(jīng)典物理學(xué)的第二個(gè)局限不適用于電子、原子、分子和其他微觀領(lǐng)域。相對(duì)論和量子物理學(xué)統(tǒng)稱為現(xiàn)代物理學(xué)?！拔锢韺W(xué)的晴空中漂浮著兩朵小云”，開(kāi)爾文，邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)相對(duì)論黑體輻射量子理論，3，第16章，(早期量子理論)，早期量子理論，4，16.1量子理論，1。黑體輻射，任何物體在任何溫度

2、下都會(huì)發(fā)出電磁輻射，這叫做熱輻射。當(dāng)溫度不同時(shí)，輻射的波長(zhǎng)(或頻率)也不同。熱輻射光譜是各種波長(zhǎng)的連續(xù)光譜，熱輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的分布與溫度有關(guān)。黑體：能完全吸收各種波長(zhǎng)的電磁波而不反射的物體。(例如，只有一個(gè)小孔的空腔)與材料性質(zhì)無(wú)關(guān)，因此便于研究一般規(guī)律。5。用經(jīng)典物理學(xué)研究黑體輻射：維恩公式：從經(jīng)典熱力學(xué)出發(fā)，假設(shè)黑體輻射是由一些服從麥克斯韋速度分布的分子發(fā)出的。高頻符合，低頻明顯偏離，瑞利-金斯公式：從電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理出發(fā)。低頻符合，高頻發(fā)散趨于無(wú)窮大(紫外線災(zāi)難)，“紫外線災(zāi)難”，普朗克公式：完全一致，6，2。普朗克的能量假說(shuō)(1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))，“必須假定，當(dāng)能量被發(fā)射和吸收

3、時(shí)，它不是連續(xù)的，而是分成若干部分。”1900年，普朗克得出了一個(gè)公式，該公式與所有波段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。為了解釋這個(gè)公式，他提出了“量子”的概念。七一。唐穆孫原子模型，*16.2盧瑟福原子模型結(jié)構(gòu)，2。粒子散射實(shí)驗(yàn)，3。盧瑟福原子模型，8。當(dāng)光照射一些金屬時(shí)，從金屬表面釋放的電子效應(yīng)被稱為“光電子”。光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦的光量子理論，光電效應(yīng)現(xiàn)象早在1887年就被赫茲發(fā)現(xiàn)了，直到發(fā)現(xiàn)電子，人們才知道發(fā)射的粒子是電子。量子的概念與經(jīng)典物理學(xué)是不相容的，普朗克本人只把它看作是處理問(wèn)題的一種數(shù)學(xué)手段。愛(ài)因斯坦是第一個(gè)進(jìn)一步發(fā)展量子理論的人。當(dāng)入射光頻率為常數(shù)時(shí)，飽和電流與光強(qiáng)成正比。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)定律，

4、10，Ua截止電壓(也稱停止電壓)。11，e(K-Uo)，2。光電子的初始動(dòng)能隨入射光的頻率線性增加，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。有一個(gè)紅色限制。對(duì)于給定的金屬，當(dāng)入射光的頻率小于某個(gè)頻率O(紅色極限頻率)時(shí)，沒(méi)有光電子逸出(即沒(méi)有光電流)。不同的物質(zhì)有不同的紅色極限頻率。4.立即發(fā)射，放松時(shí)間不超過(guò)10-9秒。波動(dòng)理論中的困難，0，13，3。愛(ài)因斯坦的光子理論(1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))，功函數(shù)：光不僅以能量為h的粒子(光子)的形式被吸收和輻射，而且以這種粒子的形式以光速在空間中傳播。光束是以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流(光子)，光電效應(yīng)方程：(普朗克常數(shù)h=6.6310-34J.s)，14，概述：光子特性(1

5、)光子能量E=h=hc/(2)光子質(zhì)量動(dòng)態(tài)質(zhì)量：靜止質(zhì)量：(光子速度=c)，(3)光子動(dòng)量=6.5105(m/s)，例16-1:紅色極限波長(zhǎng)o=6500，入射光波長(zhǎng)=4000的一個(gè)孤立的金屬球在真空中，試求： (1)發(fā)出的光電子的初速度； (2)如果金屬球的半徑為30厘米，球能發(fā)射多少光電子？16，在金屬球發(fā)射光電子之后，電勢(shì)將上升，并且當(dāng)它上升到抑制時(shí)它將不再發(fā)射光電子，Ua=1.19 (V)，=2.48108，(2)如果金屬球的半徑為R=30cm，這個(gè)球最多能發(fā)射多少光電子？17，例16-2波長(zhǎng)的光投射到金屬表面，發(fā)射的光電子在均勻磁場(chǎng)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，從而計(jì)算出： (1)入射光子的

6、能量、質(zhì)量和動(dòng)量；(2)這種金屬的功函數(shù)和電位差的抑制。溶液(1)，e=h，p=MC，=h/c，=HC/，=h/，(2)，從，get，18，實(shí)施例16-3，具有一定頻率的單色光照射在金屬表面上，測(cè)量的光電流曲線用實(shí)線表示；那么光強(qiáng)是恒定的，照射光的頻率增加，并且如虛線所示測(cè)量光電流曲線。滿足問(wèn)題含義的圖形是：(1)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)投射在物體表面單位面積上的總動(dòng)量；(2)如果物體表面的反射率為1，計(jì)算物體表面上的光壓力。單位時(shí)間內(nèi)每單位面積投射到表面上的光子數(shù)為，因此單位時(shí)間內(nèi)每單位面積投射到表面上的總動(dòng)量為，1.010-7 (KGM-1s-2)，2.010-7(帕)，20。實(shí)施例16-5是光電效

7、應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲線。(1)驗(yàn)證不同材料的金屬的剖面斜率是相同的；(2)根據(jù)圖上的數(shù)據(jù)計(jì)算普朗克常數(shù)h。解(1)，可以看出，剖面AB的斜率與材料類型無(wú)關(guān)。=6.410-34Js，21，*16.4固體的比熱完全不同于不同原子的輻射光譜，因此研究原子光譜的規(guī)律是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要方法。1.氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)則1。氫原子光譜由一些離散的細(xì)亮線組成，即離散線譜。16.5玻爾氫原子理論，22.2。譜線的波數(shù)(波長(zhǎng))由以下公式確定：k=1，n=2，3，萊曼系統(tǒng)(紫外區(qū))；K=2，n=3，4，巴利阿里系統(tǒng)(可見(jiàn)區(qū)域)；K=3，n=4，5，帕興系統(tǒng)(紅外區(qū))；(R=1.097107m米-1里德伯常數(shù))，3。任何原子

8、譜線的波數(shù)都可以由以下公式確定：T(k)，T(n)，它們被稱為光譜項(xiàng)。1911年，盧瑟福通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)證明，個(gè)原子由帶正電荷的原子核和原子核外的電子組成。盧瑟福的原子模型：的困難不能解釋原子的穩(wěn)定性；它不能解釋為什么原子發(fā)出離散的線性光譜。盧瑟福的核結(jié)構(gòu)和困難，24，3。玻爾的氫原子假說(shuō)，(1)穩(wěn)態(tài)假說(shuō)，即原子系統(tǒng)只能處于一系列不連續(xù)的能態(tài)(能級(jí)E1，E2，盡管電子在相應(yīng)的軌道上圍繞原子核循環(huán)運(yùn)動(dòng)，但它們并不輻射能量。這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)。(2)軌道角動(dòng)量的量子化假設(shè)電子圍繞原子核作圓周運(yùn)動(dòng)，它的軌道角動(dòng)量是：量子數(shù)n=1，2，(3)量子躍遷假設(shè)從en到Ek的原子躍遷發(fā)射(或吸收)頻率為：25和

9、4的光。玻爾的氫原子理論得到三個(gè)基本假設(shè)：軌道半徑，經(jīng)典理論(牛頓定律)N=1，基態(tài)，E1=-13.6電子伏，R1=0；N=2，第一激發(fā)態(tài)，E2=- 3.4eV，r2=4aoN=3，第二激發(fā)態(tài)，E3=-1.51eV，r3=9ao當(dāng)n=4時(shí)，第三激發(fā)態(tài)，E4=-0.85電子伏，r4=16ao負(fù)能量表示原子中的電子處于束縛態(tài)。28，(2)電離能(使基態(tài)氫原子中的電子遠(yuǎn)離原子核所需的功)是e電離=13.6電子伏，這與實(shí)驗(yàn)符合得很好。(3)當(dāng)原子從能態(tài)en躍遷到Ek時(shí)，發(fā)射光子的頻率為，=1.097107m-1，(里德堡常數(shù))，29，n=1，2，30，5。玻爾理論的成就和缺陷，它成功地解釋了氫原子的光

10、譜規(guī)律。穩(wěn)態(tài)、能級(jí)和電子躍遷的概念已經(jīng)普遍建立。缺點(diǎn)：無(wú)法解釋氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和能帶特性，更不用說(shuō)其他原子的光譜規(guī)律了。玻爾理論實(shí)際上是經(jīng)典理論和量子理論(半經(jīng)典理論)的大雜燴。但是玻爾的理論為人們指出了一個(gè)方向。只有運(yùn)用完整的量子理論，我們才能正確描述原子世界的規(guī)律。鑒于玻爾對(duì)原子結(jié)構(gòu)和輻射的貢獻(xiàn)，他于1922年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。波爾研究所位于哥本哈根的玻爾研究所被認(rèn)為是“量子力學(xué)的圣地”。玻爾和海森堡，泡利，父子諾貝爾，32，例16-6可見(jiàn)光能激發(fā)基態(tài)氫原子嗎？至少要提供多少能量才能使基態(tài)氫原子發(fā)出可見(jiàn)光？去激發(fā)使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)?？梢?jiàn)光光子能量(取=4000 760

11、0): 3.1 ev，(13.6-3.4) ev=10.2 ev 3.1 ev可見(jiàn)光不能激發(fā)基態(tài)氫原子。為了使基態(tài)氫原子發(fā)射可見(jiàn)光，最小激發(fā)能應(yīng)為，13.6-1.51=12.09 eV，1.6eV，33，3解，Reimann系統(tǒng)：帕爾馬干酪系統(tǒng)：2；激勵(lì)系統(tǒng)：1。實(shí)施例16-7大量氫原子處于第三激發(fā)態(tài)。在躍遷過(guò)程中能發(fā)射多少譜線？他們屬于哪一行？例16-8用動(dòng)能為12.2電子伏的電子轟擊基態(tài)氫原子，計(jì)算出可能的光子能量和光波波長(zhǎng)。解決辦法是，電子可以把它的動(dòng)能盡可能多地給予基態(tài)氫原子，所以基態(tài)氫原子能量躍遷到的最高能級(jí)是。有兩種方法計(jì)算波長(zhǎng)：35，e2e1:r=1.097107m-1，e3e1

12、:e3e2:發(fā)射光子e=10.2ev，k=1，n=3，=1026，k=2，n=3發(fā)射光子E=1.89 eV，*16.6原子能級(jí)，36，16.7康普頓散射，1。在穿過(guò)不平坦的材料后，將沿某一方向傳播的光散射稱為散射。根據(jù)“強(qiáng)迫振動(dòng)”理論，向各個(gè)方向散射的光的頻率和波長(zhǎng)與入射光的頻率和波長(zhǎng)相同；而散射光的強(qiáng)度與波長(zhǎng)成反比。這個(gè)結(jié)論對(duì)于一般波長(zhǎng)是正確的?？灯疹D散射，(1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))，(1)散射光由波長(zhǎng)恒定和波長(zhǎng)較長(zhǎng)的兩種光組成。這種波長(zhǎng)變化的散射稱為康普頓散射。(2)=-o與散射材料無(wú)關(guān)，只與散射角度有關(guān)。(3)保氧譜線強(qiáng)度隨散射材料原子數(shù)的增加而增加，但隨波長(zhǎng)的增加而降低。x光被光元素

13、(如石墨):38散射。第三，用光子概念分析康普頓散射，能量守恒：ho moc2=h mc2動(dòng)量守恒：X:Y3360，C=，理論：高能光子與靜止的自由電子發(fā)生彈性碰撞?？梢钥闯觯ㄩL(zhǎng)o(散射波長(zhǎng))的變化隨著散射角的增加而增加，與散射材料無(wú)關(guān)。這與實(shí)驗(yàn)完全一致。康普頓波長(zhǎng)：散射波長(zhǎng)的最小值和最大值是：當(dāng)=0時(shí)，最小值=0；當(dāng)=180時(shí)，最大值=o 2c，40，4?？灯疹D散射的含義，2。微觀粒子也遵守能量和動(dòng)量守恒定律。1.驗(yàn)證了光子假說(shuō)和相對(duì)論力學(xué)的正確性。1.為什么康普頓散射中有原始波長(zhǎng)o？因?yàn)楣庾右材芘c石墨中被原子核緊緊束縛的電子碰撞。內(nèi)層電子的結(jié)合能與光子能相似，因此不能視為自由電子?？梢钥?/p>

14、出光子與整個(gè)原子碰撞。由于有m個(gè)原子和m個(gè)光子，入射光子幾乎不損失能量。根據(jù)計(jì)算，如果自由電子吸收光子，它不能同時(shí)滿足能量和動(dòng)量守恒。為什么康普頓效應(yīng)中的電子不能像光電效應(yīng)一樣吸收光子而散射光子？3.為什么在光電效應(yīng)中沒(méi)有考慮動(dòng)量守恒？在光電效應(yīng)中，入射光子的能量較低，電子與整個(gè)原子的聯(lián)系不可忽視，光子電子系統(tǒng)的動(dòng)量不守恒。原子質(zhì)量大，能量交換可以忽略不計(jì)，能量守恒。為什么康普頓效應(yīng)不能在可見(jiàn)光下觀察到？因?yàn)榭梢?jiàn)光的光子能量不夠大，原子中的電子不能被認(rèn)為是自由的，所以可見(jiàn)光不能產(chǎn)生康普頓效應(yīng)。42，實(shí)施例16-9用波長(zhǎng)為0.014的x光進(jìn)行康普頓散射實(shí)驗(yàn)時(shí)，反沖電子的最大動(dòng)能是多少？根據(jù)能量守

15、恒定律，反沖電子的動(dòng)能實(shí)際上是最大值，只有max=o 2c，所以獲得了反沖電子的最大動(dòng)能。如果一階導(dǎo)數(shù)為零，最大動(dòng)能為，1.110-13 J，43。例16-10在康普頓散射中，入射波長(zhǎng)為0=0.1。與入射方向成90角的方向上的散射波長(zhǎng)是多少？反沖電子的動(dòng)能和動(dòng)量是多少？溶液代入=90變成：散射波長(zhǎng)為=0.1=0.024=0.124，反沖電子的動(dòng)能為：=3.810-15 J，44，x:y:代入=90，=8.510-23 (SI)，由動(dòng)量獲得(2)散射光子的波長(zhǎng)=？散射角=？求解(1)電子散射獲得的能量為：=0.25moc2，(2)和=0.0434，由此，我們得到：=63.4，46，例16-12在

16、康普頓散射中，入射光子能量為0.5Mev。如果反沖電子能量為0.1Mev，計(jì)算散射光子波長(zhǎng)變化與入射光子波長(zhǎng)o的比值。解決方案，47，16.8激光原理，激光，是“通過(guò)受激輻射發(fā)射的光放大”的縮寫。該激光器具有以下特點(diǎn)：1 .良好的方向性(發(fā)散角10 -4弧度)；2.良好的相干性(時(shí)間相干性、空間相干性和單色性)；3.高瞬時(shí)脈沖功率(高達(dá)10.14瓦)。自1960年問(wèn)世以來(lái)，激光已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。中國(guó)的激光技術(shù)處于世界先進(jìn)行列。根據(jù)玻爾模型的躍遷假說(shuō)，能級(jí)的躍遷伴隨著光子的吸收和輻射。49，二。自發(fā)輻射和受激輻射，原子在沒(méi)有外部作用的情況下從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的自發(fā)輻射。特征：光子的自發(fā)發(fā)射具有不同的特征(頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向)，因此光的自發(fā)發(fā)射是不相關(guān)的。普通光源是自發(fā)輻射。50，原子被外部光子激發(fā)(hv=E2-E1)，并從E2躍