从经典物理学到量子力学过渡时期三个重大问题.ppt

* 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题 光电效应、康普顿效应; 黑体辐射问题. “紫外灾难”; 原子的稳定性和大小 §8-1.2.3 黑体辐射 普朗克能量子假说 实验表明:一切物体是以电磁波的形式向外辐射能量. 辐射的能量与温度有关:热辐射 辐射和吸收的能量恰相等时:热平衡.(温度恒定不变) 1.单色辐出度: 从温度为T 的物体单位表面积、 单位频率间隔中辐射的功率. 反映物体在不同温度下辐射能按频率(波长)的分布. 2.总辐射出射度(辐出度): 相同温度下,不同物体的辐出度不同. 单位表面积辐射的各波长电磁波的功率之和. 3.吸收比: 照射到温度为T 的物体单位面积,单位频率间隔的能量, 被吸收的百分比. 非透明物体: 物体的吸收比在不同温度下、对不同的频率范围及表面是不同的. 4.反射比 温度为T 的物体,若吸收多,则反射少,自身辐射强;反之则反. 夏天的烈日下,穿白(黑)衣凉快？夏天在室内,穿白(黑)衣凉快？ 5.基尔霍夫定律 热平衡下,E(?,T)/A (?,T)是频率和温度的普适函数,与物体性质无关. 好的吸收体也是好的辐射体 斯忒藩(1879)?玻耳兹曼(1884)定律 6.绝对黑体的热辐射规律 绝对黑体:对于任意温度、波长，吸收比恒为1的物体. 不透明材料的空心容器,壁上开一小孔. 小孔的行为:绝对黑体 黑体辐射:空腔辐射 6000K 5000K 4000K 总辐射出射度: 黑体辐射的实验规律: 维恩(1893)位移定律 实验:当绝对黑体的温度升高时,单色辐出度最大值?m向短波方向移动.温度高－兰白色,温度低－暗红色. 实验 瑞利-琼斯 维恩理论值 “紫外灾难”:瑞利?琼斯(1900) 能均分定理＋电磁理论得： 维恩位移定律 由热力学理论导出, 长波段不吻合. 长波段吻合很好， 但： “紫外灾难” 7.普朗克公式 能量子 普朗克能量子假说 辐射物体中包含大量谐振子，能量取特定的分立值， 能量子:? = i? = ih? , i=0,1,2,? h=6.626?10-34焦耳 振子只能一份份地按不连续方式辐射或吸收能量 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.成为现代理论的重要组成部分. 1.饱和光电流强度与入射光强度成正比. §8-4.5 光电效应 一.光电效应的实验规律 U G 单位时间内从金属表面逸出的 光电子数与入射光强成正比:Im=ne Vg 3 1 2 V I Im 0 相同频率， 不同入射光强度 2.光电子的初动能与入射光强度无关, 与入射光的频率成正比. Vg3 Vg2 Vg1 3 1 2 V I Im 0 相同入射光强度， 不同频率 3.对每一种金属存在 一最低频率－红限频率 红限频率 截止电压与入射光频率有线性关系: 4.瞬时性:10-9秒. 经典:光强大,饱和电流也应大,光电子的初动能也应大. 实验:饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关,光电子初动能 也与频率有关. 二.经典理论的困难: 经典:照射时间足够长即可积蓄能量,光电效应与频率无关. 实验:只要频率高于红限,既使光强很弱也有光电流; 频率低于红限时,无论光强再大也没有光电流. 经典:光能量分布在波面上,吸收能量要时间,即需能量的积累过程. 实验:瞬时性. 三.爱因斯坦的光子学说(1905) 光不仅在与物质相互作用时(发射和吸收),具有粒子性,而且,在传播过程中也具有粒子性. 一个频率为 的光子具有能量 能流密度： ,不仅取决于单位面积上的光子数n， 还取决于频率. 光通量Φ=S·s=Nhν 由能量守恒: 逸出功只与金属性质有关与光的频率无关. 逸出功 由此可解释: 饱和光电流强度与光强成正比; 截止电压与频率成线性关系; 红限频率的存在. 红限频率 Vg 3 1 2 V I Im 0 Vg3 Vg2 Vg1 3 1 2 V I Im 0 一个电子逸出金属表面后的最大动能: 四.光子的能量、动量和质量 相对论质能关系： 光子质量： 所以,光子的静止质量为零. 光子的动量: 密立根1916年的实验,证实了光子论的正确性, 并求得:h=6.57?10-34 焦耳?秒. 光的波动性(?)和粒子性(p) 通过普朗克常数联系在一起. §8-6 康普顿效应(1923) 一.实验事实 X射线7.1nm 探测器 C1C2 A1 A2 W B S 石墨晶体 准直系统 散射角 I ? ?=0o ? I ?=45o I ? ?=90o I ? ?=135o ?0 正常散射 波长变长的散射 称为康普