19.1黑體輻射和普朗克的能量子假說精品

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1、第十九章量子物理基礎(chǔ)§19.1黑體輻射和普朗克的能量子假說一.基本概念1.熱輻射定義分子的熱運動使物體輻射電磁波的現(xiàn)象。例如：加熱鐵塊。基本性質(zhì)溫度?,發(fā)射的能量?,電磁波的短波成分?.平衡熱輻射物體輻射的能量等于在同一時間內(nèi)所吸收的能量。2.輻射能量按波長的分布—單色輻出度M?3.總輻出度M（T）單位時間內(nèi)從物體單位表面積上發(fā)出的波長在二.黑體和黑體輻射的基本規(guī)律1.黑體能完全吸收各種波長電磁波而無反射的物體稱為黑體。其單色輻出度M?最大且只與溫度有關(guān)而和材料及表面狀態(tài)無關(guān)。?附近單位波長間隔內(nèi)的電磁波的能量。4．維恩位移律?m=b/Tb=2

2、.897756×10-3m·K5．理論與實驗的對比3.斯特藩-玻耳茲曼定律M(T)=?T4?=5.67?10-8W/m2K42.維恩設(shè)計的黑體三.經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難——紫外災(zāi)難。四.普朗克的能量子假說和黑體輻射公式2.普朗克假定（1900）h=6.6260755×10-34J·s3.普朗克公式經(jīng)典能量?=h?在全波段與實驗結(jié)果完全符合！物體----------振子經(jīng)典理論：振子的能量取“連續(xù)值”物體發(fā)射或吸收電磁輻射:1．“振子”的概念（1900年以前)量子例：一彈簧振子，M=0.10kg,k=1.0N/m,A0=0.10m,由于阻尼其振幅將

3、減小，能量將耗散。求能量的變化是否連續(xù)？初能量量子數(shù)是多少？解：作能量圖：每隔畫一條水平線需要畫條共計△EE通過此題能得出何結(jié)論？§19.2光電效應(yīng)和愛因斯坦的光量子論一.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律1．光電效應(yīng)2．實驗裝置在光照下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。A+;K-：加速電場；A-；K+：減速電場。對于一定頻率的入射光，K、A間加上減速電場，且當(dāng)K、A間的反向電動勢等于U0時，電路中恰好沒有電流，U0叫做遏止電勢差。3.實驗規(guī)律4.06.08.010.0?(1014Hz)0.01.02.0U0(V)CsNaCa當(dāng)入

4、射光的頻率大于相應(yīng)的紅限頻率時，遏止電勢差與入射光的頻率具有線性關(guān)系：U0=K?-Ub與入射光強無關(guān)。光電子的最大初動能為:對于某種金屬，無論光強如何，只有當(dāng)入射光頻率v大于一定的頻率v0時，才會產(chǎn)生光電效應(yīng)。?0稱為截止頻率或紅限頻率。K是一普適常數(shù)；對同一種陰極材料Ub是一常數(shù)。飽和光電流強度im與入射光強I成正比。光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的。馳豫時間不超過10-9s二.經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難按照光的經(jīng)典電磁理論：光波的強度與頻率無關(guān)，電子吸收的能量也與頻率無關(guān)，更不存在截止頻率！光波的能量分布在波面上，陰極電子積累能量克服逸出功需要一段時間，光

5、電效應(yīng)不可能瞬時發(fā)生！3.對光電效應(yīng)的解釋當(dāng)?＜A/h時，不發(fā)生光電效應(yīng)。紅限頻率四.光電效應(yīng)的應(yīng)用光量子具有“整體性”電磁輻射由以光速c運動的局限于空間某一小范圍的光量子（光子）組成；?=h?2.愛因斯坦光量子假設(shè)(1905)A：金屬材料的逸出功。1.普朗克假定是不協(xié)調(diào)的三.愛因斯坦的光量子論只涉及發(fā)射或吸收,未涉及輻射在空間的傳播。此假說獲1921年諾貝爾物理獎。關(guān)于光電效應(yīng)兩個問題的討論若入射光的頻率較低，一個電子能否吸收一個光子后積累起來，等到再吸收一個光子再逸出。不可能。因為電子吸收光子后，其能量增加，若不足以逸出，它將和其周圍的電子

6、作用，以達(dá)到平衡。②一個電子能否同時吸收兩個光子。設(shè)：入射光的頻率ν=6×1014Hz,功率P=100W/CM2（再大則金屬不能承受）,設(shè)單位時間（1S）內(nèi)發(fā)射到金屬表面單位面積內(nèi)的光子數(shù)為n，則：P=nhν原子間距：每CM2的電子數(shù)：一個電子在△t的時間內(nèi)吸收一個光子的幾率為：§19.3光的波粒二象性康普頓散射一.光的波粒二象性1.近代物理認(rèn)為光具有波粒二象性·在有些情況下，光突出顯示出波動性；·粒子不是經(jīng)典粒子,波也不是經(jīng)典波。2.基本關(guān)系式粒子性：能量?，動量P波動性：波長?，頻率?而在另一些情況下，則突出顯示出粒子性。是速度方向上的單位

7、矢量。二.康普頓散射1.康普頓研究X射線在石墨上的散射時發(fā)現(xiàn)：散射的X射線中，除有與入射波長相同的射線外，還有比其波長更長的射線。這種現(xiàn)象稱為康普頓散射。2.實驗規(guī)律λc為電子的Compton波長。準(zhǔn)直系統(tǒng)入射光?0散射光?探測器石墨散射體?3.康普頓效應(yīng)的特點?m0是電子的靜止質(zhì)量；入射波波長越短；散射越明顯。2.康普頓的解釋組成X射線的光子與“靜止”的“自由電子”彈性碰撞；碰撞過程中能量與動量守恒。偏移3.康普頓散射實驗的意義三.康普頓效應(yīng)驗證了光的量子性1.經(jīng)典電磁理論認(rèn)為：散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率。e??表明光具有粒子性；光子具

8、有動量；動量守恒和能量守恒兩定律在微觀領(lǐng)域仍成立。內(nèi)容小結(jié)1、M(T)=?T4?m=b/T——Stefan-Bohrzman定律Wien位移定律2、P