第12章-1-波粒二象性.ppt

例1: 一束射线光子的波长为6×10-3 nm, 与一个电子发生正碰, 其散射角为1800（如图12 - 10）所示。试求： （1）射线光子波长的变化？ （2）被碰电子的反冲动能是多少？ 图12 – 10光子与静止电子的碰撞 （2）入射光子的能量为 解（1）将散射角 代入康普顿散射公式（12 - 12）可求出波长的改变量： 散射光子的能量为 至于被碰电子，根据能量守恒，它所获得的动能等于入射光子与散射光子的能量之差 *例2：波长l0 0.1 ?的 x 射线与静止的自由电子碰撞。在与入射方向成90°角的方向观察时，散射波长多大？反冲电子的动能与动量多大？ e 解： 求散射波长 lc 0.1+0.024 0.124 ? 故：散射波长为 反冲电子的动能 3.8×10 -15J 2.4×104eV e θ 动量守恒 pe 8.5×10 -23 kg·m/s θ 38°44′ 解: 频率为的光子具有质量 光子受到地球引力的作用，因此具有重力势能。取塔底的重力势能为零，则光子在重力场中的能量守恒关系为 例3: 1959年，庞德（d）和瑞布卡（Q.A. Rebka）在哈佛塔做了一个著名的“引力紫移”实验。他们把发射14.4 keV的 光子的放射源 放在塔顶，在塔底测量它射来的 光子的频率 ，发现比在塔顶的频率 高了。已知塔高22.6m，利用光子在重力场中的能量守恒关系计算 。 其中 g为重力加速度，H为塔高，并用光子在塔顶时的质量 近似代表光子的平均质量。由上式可以得到 与他们实验测量的结果 是符合的。如果把 光子源放在塔底而在塔顶测量，那么观测到的就应是“引力红移”了。 * * * * * * QUANTUM PHYSICS 前 言 量子概念是1900 年普朗克首先提出的，经过爱因斯坦, 德布罗意, 薛定谔...等努力，于20世纪30年代，建立了量子力学，这是关于微观世界的理论，和相对论一起, 已成为现代物理学的理论基础。 十九世纪末，经典物理 力、电、光、热力学和统计物理 已相当成熟，对物理现象本质的认识似乎已经完成。 但在喜悦的气氛中，当研究的触角进入了 “微观粒子”尺度时，一系列实验发现（如黑体辐射、光电效应, 康普顿散射, 氢原子光谱等实验）都是无法用经典物理学解释的。这迫使人们跳出传统的物理学框架，去寻找新的解决途径，从而导致了量子理论的诞生。 第12章 量子物理基础 12.1 普朗克能量子假设 12.2 光的粒子性 12.3 氢原子光谱 12.4 粒子的波动性与波函数 12.5 不确定关系 12.6 薛定谔方程 12.7 一维势场中的粒子 12.8 原子中的电子 *12.9 激光 § 12.1 普朗克能量子假设 黑体辐射 普朗克能量子假设 热辐射: 物体在任何温度，都以电磁波的形式向外辐射能量。其辐射能量的多少及辐射能按波长的分布都与温度有关，称为热辐射。 黑体辐射 燃烧的煤发红光 白炽灯发黄白光 电焊发蓝白色光 1.单色辐出度：在单位时间内，从物体表面单位面积上所射出的单位波长范围内的电磁波的能量，称为单色辐射出射度。 2.辐射出射度：在单位时间内，从温度为T的物体的 单位面积上，所辐射出的各种波长的电磁波的能量 总和，称为辐射出射度。 黑体模型:任何温度对任何波长的辐射能都全部吸收的物体。 图12-2 黑体辐出度与波长的关系 0.5 1.0 1.5 2.0 0 20 40 60 80 100 2000K 4000K 6000K λ/μm Mλ T / Wcm-2μm-1 黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比： （1） 斯特藩-玻耳兹曼定律 根据实验得出黑体辐射的两条定律： 热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。 斯特藩常数 0.5 1.0 1.5 2.0 0 20 40 60 80 100 2000K 4000K 6000K λ Mλ T 对于给定温度T ，黑体的单色辐出度 有一 最大值,其对应波长为 。 热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。 （2） 维恩位移定律 0.5 1.0 1.5 2.0 0 20 40 60 80 100 2000K 4000K 6000K λ Mλ T 能量密度 图12-3 黑体辐射公式与实验曲线 λ/μm 普朗克线 由经典理论导出的维恩公式和瑞利—金斯公式均不能完全解释黑体辐射的实验结果。 经典热力学 和麦氏分布 维恩公式 经典电磁学 和能量均分 “紫