從經(jīng)典力學到早期量子論(編輯修改稿)
2025-02-01 17:15 本頁面
【文章內容簡介】 上面的各種波長輻射的物體。 帶有一微孔的空心金屬球，非常接近于黑體，進入金屬球小孔的輻射，經(jīng)過多次吸收、反射、使射入的輻射實際上全部被吸收。當空腔受熱時，空腔壁會發(fā)出輻射，極小部分通過小孔逸出。 黑體是理想的吸收體，也是理想的發(fā)射體。 一個吸收全部入射線的表面稱為黑體表面。一個帶小孔的空腔可視為黑體表面。它幾乎完全吸收入射幅射。通過小孔進去的光線碰到內表面時部分吸收，部分漫反射，反射光線再次被部分吸收和部分漫反射 …… ，只有很小部分入射光有機會再從小孔中出來。 如圖 1－ 1所示? 黑體是理想的吸收黑體是理想的吸收體，也是理想的發(fā)體，也是理想的發(fā)射體。當把幾種物射體。當把幾種物體加熱到同一溫度體加熱到同一溫度，黑體放出的能量，黑體放出的能量最多。且對于不同最多。且對于不同溫度的曲線，隨溫溫度的曲線，隨溫度增加，度增加， Ev增大增大，且其極大值向高，且其極大值向高頻移動。頻移動。?經(jīng)典解釋：經(jīng)典解釋：?RayleighJeans（瑞利（瑞利 金斯）金斯） 分分子物理學的能量按子物理學的能量按 ?自由度均分原自由度均分原則推得輻射強度公式，則推得輻射強度公式， 低頻符合低頻符合?Wein （維恩）（維恩） 假設輻射波長分布假設輻射波長分布類似類似 Maxwell的分子的分子 ?速度分布，高速度分布，高頻符合頻符合 為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，他提出 但他不得不為此引入一個 “離經(jīng)叛道 ”的假設： 粒子能量永遠是 h? 的整數(shù)倍， ? = n h? ，其中 ?是輻射頻率， h 為新的物理常數(shù)，后人稱為 普朗克常數(shù) (h=10 34 Js )，這一創(chuàng)造性的工作使他成為量子理論的奠基者，在物理學發(fā)展史上具有劃時代的意義。他第一次提出輻射能量的不連續(xù)性，著名科學家愛因斯坦接受并補充了這一理論，以此發(fā)展自己的相對論，玻爾也曾用這一理論解釋原子結構。量子假說使普朗克獲得 1918年諾貝爾物理獎。為了對以上現(xiàn)象進行合理解釋， 1900年 Plank提出了黑體輻射的能量量子化公式 :黑體輻射在單位波長間隔的能量密度曲線– 光的本質– 微粒說 （ Newton）：光直線行進，直線運動– 波動說 （ Huygens）：光可以干涉、衍射，兩束光可以交叉穿過而互不干擾，與實物有不可介入性不同，有動量、動能、空間連續(xù)分布– 19世紀 Maxwell發(fā)展波動說，建立電磁波理論 光電效應與光量子化 經(jīng)典物理無法解釋的另一個現(xiàn)象來自 1887年的著名實驗 . 這一實驗極為有趣和重要 , 因為它既證實了 Maxwell的電磁波理論 —— 該理論認為光也是電磁波 , 又發(fā)現(xiàn)了光電效應 (photoelectric effect), 后來導致了光的粒子學說 . 光電效應與光量子化1889年 , 斯托列托夫提出獲得光電流的電池方案 (圖中 G為電流表 , V為電壓表。 C為陰極 , A為陽極): 光電效應是光照在金屬表面上，金屬發(fā)射出電子的現(xiàn)象。 根據(jù)光波的經(jīng)典圖像，波的能量與它的強度成正根據(jù)光波的經(jīng)典圖像，波的能量與它的強度成正比，而與頻率無關，因此只要有足夠的強度，任何頻比，而與頻率無關，因此只要有足夠的強度，任何頻率的光都能產(chǎn)生光電效應，而電子的能動將隨光強的率的光都能產(chǎn)生光電效應，而電子的能動將隨光強的增加而增加，與光的頻率無關，這些經(jīng)典物理學的推增加而增加，與光的頻率無關，這些經(jīng)典物理學的推測與實驗事實不符。測與實驗事實不符。 光電效應是光照在金屬表面上，金屬發(fā)射出電子光電效應是光照在金屬表面上，金屬發(fā)射出電子的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。（即臨閾頻只有當照射光的頻率超過某個最小頻率（即臨閾頻率）時，金屬才能發(fā)射光電子，不同金屬的臨閾頻率率）時，金屬才能發(fā)射光電子，不同金屬的臨閾頻率不同。不同。 ，發(fā)射的電子數(shù)也增加，但不影響隨著光強的增加，發(fā)射的電子數(shù)也增加，但不影響光電子的動能。光電子的動能。 ，光電子的動能也隨之增加。增加光的頻率，光電子的動能也隨之增加。 1898年， , 并于 1902年指出 : 入射光線的頻率低于一定值就不會放出光電子 。光電子的動能與光強度無關而與光的頻率成正比 . 光電子的動能顯然來自光能 . 按照經(jīng)典波動理論 , 光能取決于光強度即振幅平方 ,與頻率無關 . 顯然 , 經(jīng)典波動理論完全不能解釋光電效應的實驗事實 . 1905年 , Einstein提出光量子 (光子 )概念 , 解釋了光電效應 . 根據(jù)光子學說 , 光是一束光子流 . 每一個光子攜帶的能量 E與光的頻率 ν成正比 , 而與光強度無關 . 光子流的密度才與光強度成正比 . 光電效應和光子學光電效應和光子學說說 (2).光子不但有能量，還有質量光子不但有能量，還有質量 (m)，但光子的靜，但光子的靜止質量為零。按相對論的質能聯(lián)系定律止質量為零。按相對論的質能聯(lián)系定律 ,E=mc2,光子光子的質量為的質量為 m = h?／／ c2所以不同頻率的光子有不同的質量。所以不同頻率的光子有不同的質量。 1905年，年， Einstein提出光子學說，圓滿地解釋提出光子學說，圓滿地解釋了光電效應。光子學說的
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