16量子物理基础-1概述.ppt

第16章 量子物理基础 * * 16.1 黑体辐射 普朗克量子假设 16.2 光电效应 爱因斯坦光子理论 16.3 康普顿散射 16.4 玻尔的氢原子理论 16.5 粒子的波动性 16.6 不确定关系 16.7 波函数 薛定谔方程 16.8 一维定态问题 16.9 氢原子的量子力学描述 电子自旋 16.10 多电子原子 原子的壳层结构 普朗克 (Plank) 爱因斯坦 (Einstein) 玻尔(Bohr) 德布罗意 海森伯 薛定谔 16.1 黑体辐射 普朗克量子假设 1. 热辐射 : 由温度决定的物体的电磁辐射。 一、热辐射的基本概念 入射 反射 透射 吸收 辐射 物体辐射电磁波的同时也吸收电磁波。 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。 如: 炉火 2. 单色辐出度 —- 在一定温度T 下，物体单位表面积在单位时间内辐射的波长在λ~ λ +dλ 范围内的辐射能与波长间隔的比值，即 ? 3. 总辐出度：物体在一定温度下, 单位表面在单位时间内辐射的总能量: 它反映了物体在不同温度下辐射能按波长分布的情况。 4. 热辐射的特点: (1)波长连续,温度越高，辐出度越大。 (2)物体的辐射本领与材料有关； 辐射本领越大，吸收本领也越大。 物体热辐射 温度 材料性质 二、黑体辐射 1. 黑体(绝对黑体)：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 ： 与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强 黑体热辐射 温度 会聚透镜 空腔 小孔 平行光管 棱镜 热电偶 2. 测量黑体辐射的实验装置 测腔内电磁场能量分布 1). 斯特藩——玻耳兹曼定律: 式中 2). 维恩位移定律 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 总辐射能(辐出度) 3. 实验公式: 不同温度黑体单色辐出度按波长分布曲线: M(λ,T) ? 瑞利 — 金斯公式 试验曲线 ●1900年瑞利从能量按自由度均分定理出发,得出黑体腔内，单位体积，单位波长间隔的辐射能(即单色辐出度) 4.经典物理的解释及普朗克公式 紫外灾难 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。 维恩公式(1896年) ●1896年维恩（1911诺奖）假定辐射能量按频率的分布类似于麦克斯韦速度分布律。 三、普朗克能量量子化假设 普朗克常数 h = 6.626×10-34 J·s 能量量子化假设: 电磁波 若谐振子频率为 v ，则其能量是hv , 2hv, 3hv , ···, nhv , ···　 腔壁上的原子 (谐振子) 能 量 谐振子与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是 hv (能量子) 的整数倍. 普朗克获得1918年的诺贝尔物理学奖。 ◆普朗克常数 h 很小。 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。 意义 2)打开了人们认识微观世界的大门,在物理学发展史上起了划时代的作用. ◆当 n 很大，能量的取值可以看作是连续的。 见180页例题16-1 注意: 【问题】 如何通过对太阳光的观察，估算太阳的表面温度？ 例 太阳的单色辐出度的峰值波长 , 试由此估算太阳表面的温度. 解 由维恩位移定律 对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这种方法进行推测。 太阳内核的温度高达摄氏一千五百万度，在那儿发生着氢-氦核聚变反应。核聚变反应每秒钟要消耗掉约五百万吨的物质，并转换成能量以光子的形式释放出来。这些光子从太阳中心到达太阳表面要花一百多万年。光子从太阳中心出发后先要经过辐射带，沿途在与原子微粒的碰撞丢失能量。随后要经过对流带，光子的能量被炽热的气体吸收，气体在对流中向表面传递能量。到达对流带边缘后，光子已经冷却到五千五百摄氏度了。它的直径达一百四十多万公里，是地球直径的一百多倍；质量占整个太阳系的九十九点八。要用一百多个地球才能填满太阳的圆面，而它的内部则能容纳大约一百三十万个地球。 16. 2 光电效应 爱因斯坦光子理论 光电效应--因光的照射而使金属体内的电子从表面逸出的物理现象。 A) 当入射光频率? ? 0 时，电子才能逸出金属表面；截止频率与材料有关，与光强无关 。 1 光电效应的实验规律 B) 当? ? 0 时，光照射到金属表面上时，立即就有光电子逸出。迟滞时间不超过 10-9