大学物理简明教程 教学课件 ppt 作者 陈执平 主编十五 量子物理.ppt

* 第十五章　量子物理 15－1　光的量子性 一、黑体辐射 黑体：入射的电磁波全部被吸收，既没有反 射，也没有透射的一种理想物体。 空腔的小孔可视作黑体 单色辐射出射度 ： 单位时间内从温度为T 的物体单位表面积发射的波长在 ? 附近单位波长间隔内的辐射能 辐射出射度 辐射出的各种波长的电磁波的总能量 二、斯特藩— 玻尔兹曼定律和维恩位移定律 1．斯特藩—玻尔兹曼定律 ，称为斯特藩— 玻尔兹曼常量 2．维恩位移定律 当黑体的温度升高时，单色辐出度最大值对应的波长 向短波方向移动，关系为 式中， [例15-1] 从太阳光谱的观测中得知单色辐出度峰值所对应的波长为 483nm，试由此估计太阳表面的温度 解　将太阳视为黑体，由维恩定律知 三、紫外灾难 瑞利(1900)和J.H.金斯(1905)根据经典统计理论，研究密封空腔中的电磁场，得出公式　 这一根据经典物理理论严密推导的公式，理论值与实验值在短波区严重不符，揭示了经典物理学面临的严重困难，故有“紫外灾难”的提法。 四、普朗克能量子假说 普朗克指出，构成黑体腔壁的辐射物质中电子的振动可看成一维带电的线性谐振子，谐振子能量只能写作 称为量子数， 为谐振子的频 率， 为普朗克常数。 普朗克黑体辐射公式： 普朗克根据黑体辐射的数据计算出常数 爱因斯坦敏锐地认识到，普朗克的发现标志了一个物理学新纪元的开始，并创造性地提出了光量子（光子）概念。 0 1 2 3 6 瑞利 - 金斯公式 2 4 普朗克公式的理论曲线 实验值 * * * * * * * * * * * * * * * * 实验值与普朗克公式理论曲线比较 T = 2 000 K 1．光电效应 光电效应实验有如下结果： 五、光电效应　光的波粒二象性 (1) 饱和光电流强度与入射光强成正比。 (2) 对于每种金属材料，都有一个确定的截止频率 ，当入射光频率 时，电子才能逸出金属表面，且当 时， 与入射光频率成线性关系。 (3) 当入射光频率 时，不论光强多大也无电子逸出金属表面。 (4) 光电效应是“瞬时的”。从光开始照射到光电子首次逸出，所需时间小于 2．光子 爱因斯坦方程 经典理论无法解释光电效应的实验结果。 爱因斯坦认为光束为光子流。光子以光速 c 在真空中运动。 一个频率为 的光子所具有的能量为 光电效应方程： 光电效应方程解释了光电效应的实验结果。 光强越大，光子数越多：单位时间内 产生光电子数目越多,光电流越大. ( 时） 频率限制: 只有 时才会发生 瞬时性：光子射至金属表面， 一个光子的能量 将一次性被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出，无需时间积累. 时， 光电倍增管 放大器 接控制机构 光 光控继电器示意图 光电效应在近代技术中的应用 光控继电器、自动控制、 自动计数、自动报警等. 3．光的波粒二象性 光子的 能量 动量 15－2　德布罗意波　实物粒子的二象性 德布罗意在光的波粒二象性的启发下，提出了实物粒子也具有波粒二象性的设想。 德布罗意公式 这种波称为德布罗意波或物质波 [例15-2]质量为 m=50kg 的人，以 v=15m/s 的速率运动，问此人的德布罗意波波长。若有一质量为 ， 速率为 的电子，其德布罗意波波长又为多少？ 解 对人，有 对电子，因 ，忽略相对论效应，有 　二、不确定关系 一级最小衍射角 电子经过缝时的位置不确定 电子经过缝后 x 方向动量不确定 将德布罗意公式 代入得 因此 考虑衍射次级有 海森伯提出不确定原理： 对于微观粒子不能同时用确定的位置和确定的动量来描述 . 不确定关系是量子力学的基础。 [例15-3] 一质量为 45g 的高尔夫球以 40m/s 的速率飞行，如果动量的不确定度是1%，求其位置的不确定度。 解　由不确定关系有 可见，宏观物体的不确定性是可以略去的。 15－3　量子力学简介 一、波函数　概率密度 对微观粒子，位置与动量不能同时具有确定值。只有从概率统计