(L)第15章量子物理分析.ppt

量子力学概论 相对论与量子力学是上世纪初物理学的两大主要进展。 1905 爱因斯坦 光量子假说 1921 1924 德布罗意 物质波 1929 1926 波恩 物质波统计解释 1954 1926 薛定谔 物质波波动方程 1933 1905 爱因斯坦 光量子假说 1924 德布罗意 物质波 1926 波恩 物质波统计解释 1918-1954 36年 9 * 早期量子论 普朗克能量量子化假说 爱因斯坦光子假说 康普顿效应 玻尔的氢原子理论 量子力学 德布罗意波 薛定谔方程 波恩的物质波统计解释 海森伯的测不准关系 相对论量子力学 狄拉克把量子力学与狭义相对论相结合 * 1 、辐射： 化学发光、光致发光、场致发光、阴极发光、热辐射等。 §15.1 黑体辐射、普朗克量子假说 3 、热辐射的一般特点： (1）物质在任何温度下都有热辐射。 (2）温度越高，发射的能量越大，发射的电磁波的波长越短。 一、热辐射 2、热辐射： 组成物质的诸微观粒子在热运动时都要使物体辐射电磁波，产生辐射场。这种与温度有关的辐射现象，称为热辐射。 指物质以发射电磁波的形式向外界输出能量。如 黑体: 能完全吸收照射到它上面的各种波长的光的物体。 * 在低频段，瑞--金线与实验曲线符合得很好； 在高频段，瑞--金线与实验曲线有明显的偏离 其短波极限为无限大(???0，E???)“紫外灾难”。 E? ? 瑞-金线 维恩线 实验结果 维恩曲线,其在高频 (短波) 部份与实验曲线能很好地相符,但在低频 (长波) 部份与实曲线相差较远。 经典物理学所遇到的困难 十九世纪末，有许多物理学家用经典理论导出的MB?（T）公式与实验结果不符合，其中最典型的是维恩公式和瑞利—金斯公式 * 普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 　普朗克既注意到维恩公式在长波(即低频）方面的不足，又注意到了瑞利－金斯在短波（即高频）方面的不足，为了找到一个符合黑体辐射的表达式，普朗克作了如下两条假设。 1 、普朗克假定（ 1900 年） (1) 黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子辐射电磁波，并和周围的电磁场交换能量。 (2)这些谐振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些分立值是最小能量ε的整数倍，即 ε,2ε， 3ε，…， nε， n 为正整数， 称为能量子， h 称为普朗克常数 h=6.6260755 × 10-34 J · s 。 而且假设频率为ν的谐振子的最小能量为 　　　　　　ε=hν * 2 、普朗克公式 能量不连续的概念是经典物理学完全不容许的。 当???，趋于维恩公式； 当??0，趋于瑞利—金斯公式。 　但从这个假定出发，导出了与实验曲线极为符合的普朗克公式： * 3 、普朗克假设的意义 ? 当时普朗克提出能量子的假设并没有很深刻的道理，仅仅是为了从理论上推导出一个和实验相符的公式。 ? 这件事本身对物理学的意义是极其深远的。能量子假设是对经典物理的巨大突破，它直接导致了量子力学的诞生。 ? 能量子概念在提出5年后没人理会，首先是爱因斯坦认识到其深远的意义，并成功地解释了“固体比热”和“光电效应”。 ? 普朗克本入一开始也没能认识到这一点。13年后才接受了他自己提出的这个概念（1918年，获诺贝尔奖）。 * 一、光电效应 　 金属及其化合物在光波的照射下发射电子的现象称为光电效应，所发射的电子称为光电子。 1 、实验装置 § 15.2 光电效应 光的波粒二象性 （ 1 ）饱和光电流强度 Im 与入射光强成正比（ν不变）。 单位时间内从金属表面逸出的光电子数和光强成正比 　　　即 ne ? I ? G V GD K A 光 2 、光电效应的实验规律 　　 当光电流达到饱和时，阴极 K 上逸出的光电子全部飞到了阳极上。 　 又 Im ＝ nee * 截止电压(遏止电势差） 光电子的最大初动能与入射光强无关。 (可利用此公式，用测量遏止电势差的方法来测量光电子的最大初动能) im2 im1 I2I1 -Ua U （ 2 ）光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大 这表明：从阴极逸出的光电子必有初动能 (指光电子刚逸出金属表面时具有的动能) 则对于最大初动能有 　　当电压 U=0 时，光电流并不为零；只有当两极间加了反向电压 U= Ua0 时，光电流才为零，此电压称为截止电压 (遏止电势差) 。 * 从金属表面逸出的最大初动能,随入射光的频率 v 呈线性增加。 k ：与金属材料无关的普适常数。 U0 ：对同一金属是一个常量，不同金属不同。 把 代入上式可得 O Ua Cs N