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§13-1 黑体辐射和普朗克能量子假设 §13-2 光电效应 爱因斯坦光量子理论 §13-3 康普顿效应 §13-4 氢原子光谱和玻尔理论 §13-5 粒子的波粒二象性 §13-6 不确定关系 §13-7 激光 原子激光 The Nobel Prize in Physics 1927 The Nobel Prize in Physics 1922 内 容 纲 要 1. 一段历史: 光是什么？ 1666年 Newton 微粒说: 光的直线传播、反射. 1679年 Huygens 波动说：光的折射、双折射. 1801年 Young 双缝干涉. 1809年 Fresnel 衍射实验. 1860s Maxwell 方程组: Hertz实验: 光是电磁波. 19世纪末 光电效应. 1905年 Einstein 提出了“光子”. 例13-8：已知基态He+的电离能为E=54.4eV。 （1）为使处于基态的He+进入激发态，入射光子所需的最小能量应为多少？ （2） He+从上述最低激发态跃迁返回基态时，如考虑到该离子的反冲，则与不考虑反冲相比，它所发射的光子波长的百分比变化有多大？（离子He+的能级En与的关系和氢原子能级公式相似。电子电荷取1.60×10-19C，质子和中子质量均取1.67×10-27kg ，在计算中可采用合理的近似）。 解：（1）电离能表示He+的外电子脱离氦核的束缚所需要的能量，核外电子由基态能级跃迁到第一激发态是脱离氦核束缚所需的最小能量。 (2)不考虑离子的反冲,光子的能量: 考虑离子的反冲： 代入相关数据： 一段历史: 光是什么? 一个式子: 德布罗意关系式 一个实验: 电子衍射实验 一个应用: 电子显微镜 小 结 光的波粒二象性 时 间 轴 整个世纪以来，在辐射理论上，相对于波动的研究方法，我们过于忽视了粒子的研究方法；而在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于粒子的图象想得太多，而忽略了波的图象呢？ de Broglie Albert Einstein 我相信这一假设的意义远远超出单纯的类比！ 2. 一个式子: 德布罗意关系式 2.1 微观粒子具有波动性的假设： 1923年, de Broglie 受到光子波粒二象性启发，提出了物质波思想：“任何物质都伴随着波，而且不可能将物体的运动和波的传播分开.” 2.2 德布罗意波波长： [例13-10] m = 0.01kg，v= 300 m/s 的子弹, 可见光波长范围：400~760nm [例13-9] me = 9.11×10-31 kg，v= 4.36×106 m/s 的电子, h ? 0 ： 量子物理 经典物理 c ? ?： 相对论 牛顿力学 自然界中最基本的物理常量： h 极小 ? 宏观物体的波长小得实验难以测量 ? “宏观物体只表现出粒子性” 假如 h =1000 J·s ? 奥运冠军 刘翔 假如 h 1000 J·s ? ~1.5m h =1000 解： 3.1 戴维逊─革末的电子衍射实验(1927) (a) 实验装置 3. 一个实验: 电子衍射的实验 (b) 实验结果 电子在54V的电压下加速，衍射角50° 0.215nm (b) 实验原理图 (1) 电子的加速 (2) 电子的波长 (3) 电子的衍射 (Brag方程) 3.2 G.P.汤姆孙的电子衍射实验(1937) (a) 实验装置 (b) 衍射图样 J.J.汤姆孙（1856～1940），最大贡献是从阴极射线实验中，发现并确定了重要的基本粒子——电子的存在。为此他获得1906年的诺贝尔物理学奖。  ?G.P.汤姆孙（1892～1975）?英国物理学家，物理学家J.J.汤姆孙的独生子。主要贡献是通过电子衍射图实验证实了电子的波动性。为此他与C.J.戴维森共获1937年的诺贝尔物理学奖。 汤姆孙父子 3.3 约恩孙的电子衍射实验 4. 一个应用: 电子显微镜(1986) 仪器分辨率 D-仪器透光孔径 电子显微镜 仪器分辨率 D-仪器透光孔径 5. 小 结 理论: 德布罗意关系式 (1929) 实验: 电子衍射实验 (1937) 应用: 电子显微镜 (1986) “电子具有波动性” 解：（1）由 得 斜率 h/e 为恒量 （2）由AB斜率： 1．康普顿效应的实验规律 康普顿效应的实验装置 实验装置： 实验规律: 康普顿效应中不同散射角上光强度与波长的关系 2．经典理论在解释康普顿效应时的困难 按照经典理论，不可能出现??0的射线！ 3．光量子假说对康普顿效应的成功解释 3.1 康普顿效应的实质：光子与散射物中的自由电子发生碰撞。 h/?0 m0 h/? ? mv ? 光子与静止电子 的弹性碰