【正文】 第 六 篇 量子論 早期量子論 量子力學 相對論量子力學 普朗克能量量子化假說 愛因斯坦光子假說 康普頓效應 玻爾的氫原子理論 德布羅意實物粒子波粒二象性 薛定諤方程 波恩的物質波統(tǒng)計解釋 海森伯的測不準關系 狄拉克把量子力學與狹義相對論相結合 物體在不同溫度下發(fā)出的各種電磁波的能量按波長的分布隨溫度而不同的電磁輻射 熱輻射 161 黑體輻射 普朗克量子假設 一、熱輻射 絕對黑體輻射定律 單色輻射本領（單色輻出度） 波長 ?為的單色輻射本領是指單位時間內(nèi)從物體的單位面積上發(fā)出的波長在 ?附近單位波長間隔所輻射的能量。 )T(M ? 3m/W如果一個物體能全部吸收投射在它上面的輻射而無反射，這種物體稱為 絕對黑體 ，簡稱 黑體 。 0 1 2 3 4 5 6 (μm) )T(B B?? 斯忒藩 —玻爾茲曼定律 ? ?? 0 ?? d)T(M)T(M BB黑體輻射的總輻射本領（輻射出射度） 4T)T(M B ??斯忒藩常數(shù)—42810675 ??? ???? KmW.?（即曲線下的面積） 當絕對黑體的溫度升高時，單色輻射出射度最大值向短波方向移動。 維恩位移定律 峰值波長 bTm ??維恩常數(shù)— ??? ? 3108982)T(M B?m??實驗值 )T(M B?維恩 瑞利 金斯 紫 外 災 難 0 1 2 34 5 6 7 8 9 )m( ??TCB eC)T(M ?? ?251???TC)T(M B 43 ?? ??二、普朗克量子假設 h— 普朗克常數(shù) sJh ??? ? 普朗克得到了 黑體輻射公式 ： 112 52?? ?kThcBehc)T(M?? ??c —— 光速 k —— 玻爾茲曼恒量 普朗克量子假說 (1)黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波， 并和周圍的電磁場交換能量。 ?? h?(2) 這些諧振子能量不能連續(xù)變化，只能取一些分立值，是最小 能量 ? 的整數(shù)倍 ,這個最小能量稱為 能量子 。 研究輻射的量子理論，發(fā)現(xiàn)基本量子，提出能量量子化的假設 1918諾貝爾物理學獎 162 光的量子性電效應 一、光電效應 愛因斯坦方程的實驗規(guī)律 光電效應 光照射到金屬表面時，有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。 光電子 逸出的電子。 O O O O O O O O A KGVR光電子由 K飛向 A，回路中形成 光電流 。 光電效應伏安特性曲線 飽 和 電 流 光 強 較 強 光 強 較 弱 截 止 電 壓 IaU1sI2sIOU實驗規(guī)律 單位時間內(nèi)從陰極逸出的光電子數(shù)與入射光的強度成正比。 存在遏止電勢差 am eUmv ?2210UkU a ?? ?aU?O0221 eUekmvm ?? ?kU 0??稱為紅限頻率kU 00 ??021 2 ?mmv對于給定的金屬，當照射光頻率小于金屬的紅限頻率，則無論光的強度如何，都不會產(chǎn)生光電效應。 am eUmv ?221 0UkU a ?? ?(3) 光電效應瞬時響應性質 實驗發(fā)現(xiàn)，無論光強如何微弱，從光照射到光 電子出現(xiàn)只需要 的時間。 s910?愛因斯坦光電效應方程 Amvh m ?? 221?愛因斯坦光子假說 光是以光速 c 運動的微粒流，稱為 光量子 （ 光子 ） ?? h?光子的能量 金屬中的自由電子吸收一個光子能量 h?以后，一部分用于電子從金屬表面逸出所需的逸出功 A ，一 部分轉化為光電子的動能。 0221 eUekmvm ?? ?Ahmv m ?? ?221ekh ? 0eUA ?hAkU ?? 00?3. 從方程可以看出光電子初動能和照射光的 頻率 成線性關系。 愛因斯坦對光電效應的解釋 2. 電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出， 所以無須時間的累積。 1. 光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多， 所以光電流也大。 例 根據(jù)圖示確定以下各量 鈉的紅限頻率 普朗克常數(shù) 鈉的逸出功 解：由愛因斯坦方程 Amvh m ?? 221?其中 am eUmv ?221截止電壓與入射光頻關系 AheU a ?? ?)V(U aO)Hz( 1410???????10鈉的截止電壓與 入射光頻關系 AheU a ?? ?從圖中得出 ???hddUe a ??從圖中得出 a ???? ? 1510873?)V(U aO)10( 14 Hz???????10鈉的截止電壓與 入射光頻關系 abc a ???? ? 341026? 1910722 ???? ?普朗克常數(shù) 鈉的逸出功 )V(U aO)10( 14 Hz???????10鈉的截止電壓與 入射光頻關系 abc? ? 對現(xiàn)物理方面的貢獻，特別是闡明光電效應的定律 1921諾貝爾物理學獎 二、康普頓效應 1922年間康普頓觀察 X射線通過物質散射時，發(fā)現(xiàn)散射的波長發(fā)生變化的現(xiàn)象。 X 射線管 R 光闌 1B 2B0?石墨體（散射物） ? A晶體探測器 石 墨 的 康 普 頓 效 應 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (a) (b) (c) (d) ? (埃 ) 00??045??0135??090?? X射線的波長中有兩個峰值 0?? ?02 ???? ??.與散射角 ?有關 ，在同一散射角下波長的改變相同。 4. 波長為 ?的散射光強度隨散射物質原子序數(shù)的增加而減小。 光子理論對康普頓效應的解釋 高能光子和低能自由電子作彈性碰撞的結果。 若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子 , 光子的能量減少，因此波長變長，頻率變低。 若光子和內(nèi)層電子相碰撞時，碰撞前后光子能量幾乎不變，故波長有不變 的成分 。 因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。 光子的能量、質量和動量 由于光子速度恒為 c，所以光子的 “ 靜止質量 ” 為零 . 2201cvmm??光子的動量： cEp ??? hch ??光子能量 : ?hE ?420222 cmcpE ??康普頓效應的定量分析 0?hY X 0