黑體輻射-普朗克能量子假設(shè)ppt課件.ppt

《黑體輻射-普朗克能量子假設(shè)ppt課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第21章量子物理基礎(chǔ)量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史.其間，經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努力，到20世紀(jì)30年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論.量子力學(xué)宏觀領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)量子力學(xué)相對(duì)論量子力學(xué)微觀世界的理論起源于對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)主要內(nèi)容：21.1黑體輻射21.2光電效應(yīng)21.3康普頓效應(yīng)21.4氫原子光譜21.5波粒二象形不確定關(guān)系1黑體黑體輻射（1）熱輻射實(shí)驗(yàn)證明不同溫度下物體能發(fā)出不同的電磁波，這種能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射叫做熱輻射.（2）單色輻射出射度單位時(shí)間內(nèi)從物體單位

2、表面積發(fā)出的頻率在附近單位頻率區(qū)間（或波長(zhǎng)在附近單位波長(zhǎng)區(qū)間）的電磁波的能量.單色輻射出射度單位：?jiǎn)紊椛涑錾涠葐挝唬?1.1黑體輻射（3）輻射出射度（輻出度）單位時(shí)間，單位面積上所輻射出的各種頻率（或各種波長(zhǎng)）的電磁波的能量總和.024681012鎢絲和太陽的單色輻出度曲線21210468太陽可見光區(qū)鎢絲（5800K）太陽（5800K）鎢絲實(shí)驗(yàn)表明輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng).（4）黑體能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁輻射的物體稱為黑體.（黑體是理想模型）0100020001.00.5二斯特藩—玻爾茲曼定律維恩位移定律可見光區(qū)3000K6000K（1）斯特藩—玻爾茲曼定律

3、斯特藩—玻爾茲曼常量指出黑體的輻射度與溫度之間的關(guān)系，沒有給出M（λ，T）的具體函數(shù)形式0100020001.00.5可見光區(qū)3000K6000K（2）維恩位移定律常量峰值波長(zhǎng)0123612345瑞利-金斯公式實(shí)驗(yàn)曲線****************三黑體輻射的瑞利—金斯公式經(jīng)典物理的困難瑞利-金斯公式紫外災(zāi)難四普朗克假設(shè)普朗克黑體輻射公式（1900年）普朗克常量能量子為單元來吸收或發(fā)射能量.普朗克認(rèn)為：金屬空腔壁中電子的振動(dòng)可視為一維諧振子，它吸收或者發(fā)射電磁輻射能量時(shí)，不是過去經(jīng)典物理認(rèn)為的那樣可以連續(xù)的吸收或發(fā)射能量，而是以與振子的頻率成正比的普朗克黑體輻射公式空腔壁上的帶電諧振子

4、吸收或發(fā)射能量應(yīng)為01236瑞利-金斯公式12345普朗克公式的理論曲線實(shí)驗(yàn)值****************1光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律（1）實(shí)驗(yàn)裝置光照射至金屬表面,電子從金屬表面逸出,稱其為光電子.（2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律截止頻率（紅限）幾種純金屬的截止頻率僅當(dāng)才發(fā)生光電效應(yīng)，截止頻率與材料有關(guān)與光強(qiáng)無關(guān).金屬截止頻率4.5455.508.06511.53銫鈉鋅銥鉑19.2921.2光電效應(yīng)電流飽和值遏止電壓瞬時(shí)性遏止電勢(shì)差與入射光頻率具有線性關(guān)系.當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，幾乎立即就有光電子逸出（光強(qiáng)）遏止電壓與光強(qiáng)無關(guān)（3）經(jīng)典理論遇到的困難紅限問題按經(jīng)典理論,無論何種頻率的入射光,只要其強(qiáng)度足夠

5、大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬.與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符.金屬中電子吸收光能逸出,其初動(dòng)能決定于光振動(dòng)振幅,即由光強(qiáng)決定。而實(shí)驗(yàn)表明初動(dòng)能與入射光頻率相關(guān)，而與入射光強(qiáng)無關(guān)。按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時(shí)間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止.與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符.瞬時(shí)性問題2光子愛因斯坦方程（1）“光量子”假設(shè)光子的能量為（2）解釋實(shí)驗(yàn)幾種金屬的逸出功金屬鈉鋁鋅銅銀鉑2.284.084.314.704.736.35愛因斯坦方程逸出功與材料有關(guān)對(duì)同一種金屬，一定，，與光強(qiáng)無關(guān)逸出功愛因斯坦方程產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件（截止頻率）光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電子

6、數(shù)目越多，光電流越大.（時(shí)）光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量將一次性被一個(gè)電子吸收，若，電子立即逸出，無需時(shí)間積累（瞬時(shí)性）.（3）的測(cè)定愛因斯坦方程遏止電勢(shì)差和入射光頻率的關(guān)系光電成像器件能將可見或不可見的輻射圖像轉(zhuǎn)換或增強(qiáng)成為可觀察記錄、傳輸、儲(chǔ)存的圖像。3光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用紅外變像管紅外輻射圖像　→　可見光圖像像增強(qiáng)器微弱光學(xué)圖像→高亮度可見光學(xué)圖像光控繼電器、自動(dòng)控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等.光電倍增管放大器接控件機(jī)構(gòu)光光控繼電器示意圖4光的波粒二象性描述光的粒子性描述光的波動(dòng)性光子相對(duì)論能量和動(dòng)量關(guān)系（2）粒子性：（光電效應(yīng)等）（1）波動(dòng)性：光的干涉和衍射1920年，

7、美國物理學(xué)家康普頓在觀察X射線被物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中含有波長(zhǎng)發(fā)生變化了的成分.1實(shí)驗(yàn)裝置21.3康普頓效應(yīng)經(jīng)典電磁理論預(yù)言，散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率.經(jīng)典理論無法解釋波長(zhǎng)變化.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果（相對(duì)強(qiáng)度）（波長(zhǎng)）在散射X射線中除有與入射波長(zhǎng)相同的射線外，還有波長(zhǎng)比入射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線.3經(jīng)典理論的困難光子電子電子反沖速度很大，需用相對(duì)論力學(xué)來處理.（1）物理模型入射光子（X射線或射線）能量大.固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電