广东工业大学：《大学物理》课程教学课件（PPT讲稿）第十六章 量子物理基础

第16章量子物理基础 第五次索尔维会议与会者合影(1927年 N玻尔、M玻恩、WL.布拉格、L.V德布罗意、AH康普顿、 M,居里、P.AM狄喇克、A.爱因斯坦、WK海森堡、 郎之万、W泡利、普朗克、薛定谔等

第16章 量子物理基础 N.玻尔、M.玻恩、W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康普顿、 M.居里、P.A.M 狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森堡、 郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔等 第五次索尔维会议与会者合影(1927年)

§16.1 热辐射普朗克能量子假设 一，热辐射 热辐射：由温度决定的物体的电磁辐射。 紫外线 红外光 单色辐出度 荧光灯放电中的电子 12,000K 头部热辐射像 太阳表面 B000K 白炽灯 头部各部分温度不同，因此它们 3000K 的热辐射存在差异，这种差异可 1.0 1.75 通过热象仪转换成可见光图象。 波长（μm

热辐射 : 由温度决定的物体的电磁辐射。 一. 热辐射 §16.1 热辐射 普朗克能量子假设 头 部 热 辐 射 像 头部各部分温度不同，因此它们 的热辐射存在差异，这种差异可 通过热象仪转换成可见光图象。 单 色 辐 出 度 0 1.0 1.75 波长 ( m )

物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越 大，其吸收本领也越大。 室温 高温 吸收 辐射 白底黑花瓷片 辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体 的热辐射称为平衡热辐射

辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体 的热辐射称为平衡热辐射。 物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越 大，其吸收本领也越大。 室温 高温 吸收 辐射 白底黑花瓷片

温度 物体热辐射 材料性质 二.黑体辐射 绝对黑体（黑体）：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射 和透射的物体。 煤烟 约99% 黑体模型 黑体辐射的特点： 温度 黑体热辐射 材料性质 ·与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强

二. 黑体辐射 绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射 和透射的物体。 黑体辐射的特点： • • 与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强 煤烟 约99% 黑体模型 温度 物体热辐射 材料性质 温度 黑体热辐射 材料性质

1.斯特藩 玻耳兹曼定律 Mg(10-7×W/m2·um Mp(T)=[Mpa(T)da=oT' 10 式中g=5.67×108W,m2.K 辐出度与T4成正比. 6000K 可见光 2.维恩位移定律 峰值波长2m与温度T成反比 5 5000K T2m=2.90×106m.K 4000K 3000K 0 2(μm 0.5 1.0 1.5 2.0

1. 斯特藩——玻耳兹曼定律   = = 0 4 MB (T) MB (T)d T 8 2 4 5.67 10 W m K − − − 式中  =    辐出度与 T 4 成正比. 2 90 10 m K 6 =   − T . m 2. 维恩位移定律 峰值波长  m与温度 T 成反比 0.5 1.0 1.5 2.0 10 5 0 MB (10-7 × W / m2 ·m)  ( m) 可见光 5000K 6000K 3000K 4000K

例测得太阳光谱的峰值波长在 M 太阳表面 绿光区域，为m=0.47um 试估算太阳的表面温度和辐 出度。 解太阳表面温度 入四 入 2.9×106 2.9×106 0.47×106 =6166K 辐出度 M.(T)=oT4=8.20×10Wm2 ◆说明 太阳不是黑体，所以按黑体计算出的T低于太阳的实际温度； MB(T)高于实际辐出度

太阳表面温度  Mλ  m 6166 K 0.47 10 2.9 10 2.9 10 6 6 m 6 =   =  = − − −  Ts 4 7 2 MB (T) = Ts = 8.2010 W/m 辐出度 测得太阳光谱的峰值波长在 绿光区域，为m = 0.47 m. 试估算太阳的表面温度和辐 出度。 例 太阳不是黑体，所以按黑体计算出的 Ts 低于太阳的实际温度； MB(T)高于实际辐出度。 说明 解

三，经典物理的解释及普朗克公式 ☒无法显示该图片 瑞利一金斯公式 普朗克公式1900年 MB元 (1900年) M(T)=1: 2n hc2 为解释这一公式，普朗克 提出了能量量子化假设。 维恩公式 (1896年 试验曲线 入

三. 经典物理的解释及普朗克公式 MB  瑞利 — 金斯公式 (1900年) 维恩公式 (1896年) 1 1 2π 2 5 − =  B hc kT e hc M (T )    普朗克公式(1900年) 为解释这一公式，普朗克 提出了能量量子化假设。 试验曲线

四.普朗克能量子假设 若谐振子频率为ⅴ，则其能量是 hy,2hy,3hv,.,nhv,. 电磁 量 普朗克常数h=6.626×10-34Js 与腔内电磁场交换能量时，谐振子能 量的变化是v的整数倍 说明 首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了经典物 腔壁上的原 理学中能量连续的观念

电 磁 波 四.普朗克能量子假设 若谐振子频率为 v ，则其能量是 hv , 2hv, 3hv , ., nhv , . 首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了经典物 理学中能量连续的观念。 普朗克常数 h = 6.626×10-34 J·s 腔 壁 上 的 原 子 能 量 与腔内电磁场交换能量时，谐振子能 量的变化是hv 的整数倍. 说明

§16.2光电效应爱因斯坦光子假说 一，光电效应的实验规律 饱和电流is Icis心光电子数 冬遏止电压Ua mwm=eU。 光电子最大初动能和 和 Ua 成线性关系 截止频率% 即时发射 "成线性关系 Vo 迟滞时间不超过109秒 遏止电压与频率关系曲线

伏安特性曲线 一. 光电效应的实验规律 ❖饱和电流 iS ❖遏止电压 Ua iS ∝ 光电子数 m m Ua e 2 2 1 v = I ∝ （I, v) K A U §16.2 光电效应 爱因斯坦光子假说 iS3 iS1 iS2 I1 I2 I3 Ua U i I1>I2>I3  Ua 0 光电子最大初动能和 成线性关系 ❖截止频率0 ❖即时发射 迟滞时间不超过10-9 秒 遏止电压与频率关系曲线 和 v 成 线 性 关 系 i

总结 只有光的频率y≥%时，电子才会逸出。 ·光电子最大初动能和光频率y成线性关系。 ·逸出光电子的多少取决于光强I。 ·光电子即时发射，滞后时间不超过109秒。 二，经典物理与实验规律的矛盾 ·电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量（与 光强1有关)逸出，不应存在红限%。 ·光电子最大初动能取决于光强，和光的频率y无关。 ·当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累

二. 经典物理与实验规律的矛盾 • 电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与 光强 I 有关) 逸出，不应存在红限0 。 • 当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。 • 只有光的频率  0 时，电子才会逸出。 • 逸出光电子的多少取决于光强I 。 • 光电子即时发射，滞后时间不超过10–9 秒。 总结 • 光电子最大初动能和光频率成线性关系。 • 光电子最大初动能取决于光强，和光的频率 无关