第18、19、2章量子论.doc

教学内容： （1）黑体辐射现象，普朗克能量子假设； （2）光电效应；光子概念、爱因斯坦的光电效应方程； （3）光子和自由电子相互作用的康普顿效应； （4）光的波粒二象性。 重点难点：光的波粒二象性 基本要求：理解光子概念、爱因斯坦方程、光的波粒二象性。 经典物理－力学、热学、电磁学、光学； 现代物理－相对论、量子论、非线性物理学； 三、近年来的发展 1. 粒子物理高能加速器产生新粒子，已发现300种。 麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、规范场理论、重整化方法。 太阳中微子短缺问题； 引力波存在的问题； 物体的速度能否超过光速的问题； 有机体遗传程序的研究（须运用量子力学、统计物理、X射线、电子能谱 和核磁共振技术等）。 非平衡热力学及统计物理。 例如：生物物理、生物化学、物理化学、量子化学、量子电子学、量子统计力学、固体量子论。 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出：（1）黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”问题；（2）光电效应和康普顿效应的解释问题；（3）原子的稳定性和大小问题。 引言：连续和分立（量子化）的概念。 （1）热辐射：决定于物体温度的电磁辐射。 （2）平衡热辐射：辐射与吸收平衡,温度恒定。 （1）单色辐出度：在单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出的单位波长间隔内的电磁能量。记为：或。 （2）总辐射能：在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的各种波长的能量。记为，且有： （3）单色吸收比和单色反射比 单色吸收比： 单色反射比： 对不透明物体： （1）辐射(吸收)能力最强的物体，能全部吸收一切外来辐射。人造黑体模型：不透明材料制成的带小孔空腔，如图所示。 （2）黑体的单色辐出度（单色辐射强度）或。 意义：温度为T的黑体，在单位时间,单位面积上，单位波长间隔所辐射出的能量。定量说明了辐射强度的大小。 以下介绍绝对黑体辐射的规律 （1）原理图 （2）结果 黑体辐射实验的曲线：如右图。 在热平衡下，任何物体的单色辐出度 与吸收比之比，是个普适函数。即：，这一普适函数就是绝对黑体的单色辐出度M0(l,T)， ? 而且绝对黑体的辐射出射度 为： ，W/(m2K4)； 1879年，斯特藩从实验中发现此规律，五年后玻尔兹曼从理论上得到。 如图所示，曲线峰值对应的波长lm与温度T的关系：，1893年，维恩得到他们之间关系为： 表明： （1）温度T-，曲线峰值对应的波长lm 向短波方向移动； 温度T-，曲线峰值对应的波长lm 向高频方向移动。 瑞利和金斯用能量均分定理以及电磁理论得出：。它只适于长波，存在所谓的“紫外灾难”问题。 维恩根据经典热力学得出： ? 作出理论曲线与实验曲线比较： （1） 在低频(长波)部分符合很好； （2）在高频(紫外)部分出现巨大分歧。 实验指出：； 理论得到： 普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 858―1947)，德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人，1918年诺贝尔物理学奖金的获得者。 普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，这是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。 1900年，普朗克抛弃了能量是连续的传统经典物理观念，导出了与实验完全符合的黑体辐射经验公式。在理论上导出这个公式，必须假设物质辐射的能量是不连续的，只能是某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困难。普朗克还进一步提出了能量子与频率成正比的观点，并引入了普朗克常数h。量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖金。 黑体空腔壁上带电谐振子(电子)只吸收或辐射hn 的整数倍的能量，即能量的变化不连续。 频率为n 的谐振子，其能量只能取e = nhn 等一系列不连续的值。其中：h=6.626′10-34焦耳。 为普朗克常数。 普朗克从理论上推导出：在单位时间内，从温度为T的黑体单位面积上，频率为n→n＋dn范围内所辐射的能量为： 也可以表示为： 这里k和c分别是玻尔兹曼常数和光速。 ? 上述理论公式与实验曲线符合得很好。 普朗克假说不仅圆满地解释了绝对黑体的辐射问题，还解释了固体的比热问题等等。它成为现代物理理论的重要组成部分。 光测高温、光测高温计实验。 (1)K—阴极，逸出电子；A—阳极，电子从K?A在电路中形成光电流。 (2)光电效应：金属及其化合物在光照射下发射电子，这个现象称为光电效应(photoelectric? effect)；从金属表面逸出的电子称为光电子(photoelectron),光电子运动形成光电流(p