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原子物理学;原子物理学(近代物理学）;本学期课程的主要内容;第一章 光的粒子性和 电子的波动性;物体不仅有热辐射现象，对光也会有吸收现象。通常用吸收系数 ?(λ，T)来表示物体的吸收本领。 它定义为物体在温度T时，有波长为λ的光入射，被物体吸收的该波长的光能量与入射的该波长的光能量之比。 如果 ?(λ，T)=1，我们就称这种物体叫黑体. 黑体能够吸收射到它表面的全部电磁辐射;;;8;;ρ(ν ，T)也表示物体在ν 附近ν —ν+d ν 单位频率间隔辐射的能量;对吸收本领?(ν ，T)=1的绝对黑体，只要测出其发射本领r(ν ，T)，就得到热辐射能量谱ρ(ν，T)， 。有时将热辐射能量谱表示成波长和温度的函数ρ(λ，T)。如图1.1.2给出了不同温度下黑体辐射的能谱分布曲线。;图1.1.2黑 体 辐 射 谱 ;(1)每条曲线都只由温度决定，与腔壁的材料无关。 (2)每条曲线都有一个极大值，其???应的波长设为，λmax，随着温度T的增加，λmax的值减小，与绝对温度T成反比： λmaxT=b (1.1.2) 其中b是一个常数b=2897.756μm·k。1893年维恩(W·Wien)曾在理论上推导出这一结果，因此式(1.1.2)称为维恩定律。 (3)黑体辐射的总辐射本领与它的绝对温度的四次方成正比;1.1.2黑体辐射的经典理论公式;瑞利和金斯首先认为空腔内的电磁辐射形成一切可能形成的驻波，其节点在空腔壁处，由此得到辐射场中单位体积内频率ν 附近单位频率间隔内电磁辐射的振动模数：;(1.1.7);1.1.3 普朗克公式以及能量子假设;由于能量取离散值，因此利用统计理论求平均值时采用求和得： ;;;21; 普朗克 (1858—1947) 德国人 (60岁获诺贝尔奖);§1.2光电效应与爱因斯坦光量子理论;24;实验发现，对于一定的阴极材料，截止电压V0与入射光的强度无关而与光的频率ν成正比.;1.2.2 爱因斯坦光子假说;将(1.2.3)式代入(1.2.1)式，可得：;1.2.3 光电效应的应用;能量为hν的光子的质量和动量是多大呢?爱因斯坦回答了这个问题。; 爱因斯坦在讲课 ;§1.3 康普顿散射;1.3.1 实验结果;图1.3.2康普顿散射与角度的关系 ;1.3.2 理论解释;把(1.3.2)改成标量式得;λc称为电子的康普顿波长，具有长度的量纲;讨论;;;§1.4德布罗意波与电子衍射;1.4.2 德布罗意假设;法国青年物理学家德布罗意 (1892—1986) ;例题1.4.1求电子经100V电压加速后的德 布罗意波长。;1.4.3 电子衍射实验;1926年戴维逊(C·J·Davisson)和革末(L·H·Gevmer)第一个观察到了电子在镍单晶表面的衍射现象，证实了电子的波动性。 ;他们将经过电场加速的电子束射到镍单晶上，镍单晶的原子间距是0.215nm。实验中他们测量了散射电子强度随散射角变化的函数关系。例如当加速电压U=54V时，探测器在散射角 ? =50°方向上有一个明显的峰值，如图1.4.2(c)所示。;?=50°时，θ=(180-50)/2=65°，对这一组如图1.4.2(a)虚线平行晶面来说,d=0.091nm，由布拉格公式取n=1则λ=2dsinθ=2×0.091nm×sin65°=0.165nm。再根据德布罗意关系式求出电子的波长λ, 这与由布拉格公式算得的结果符合得很好， 从而证明了电子的波动性质。;图1.4.3是电子在Au多晶的衍射图样;图1.4.4 量子围栏;1993年美国科学家移动铁原子，铁原子距离0.9纳米;1993年M·F·Crommie等人把蒸发到铜(111)晶面的铁原子用扫描隧道显微镜的探针排列成半径为7.13nm的园环，称为量子围栏(quantum corral),在这些铁原子形成的园环内，铜的表面态电子波受到铁原子的强散射作用，与入射电子波发生干涉，形成驻波。实验观测到了在围栏内同心园状的驻波，直观地证实了电子的波动性 ;例题1.4.2一个质量是0.01kg的小球，以10m·s-1 的速度运动时，试求出它的德布罗意波长λ。 解 根据德布罗意关系式 λ=h/P 小球的动量P=mv=0.01×10=0.1(kg·m·s-1) λ=h/p=6.63×10-34J·S/0.1kg·m·s-1=6.63×10-33(m) 如果要想观测小球的德布罗意波，须采用大小可与λ比拟的孔径进行干涉、衍射实验。而在现实世界中我们无法找到这个数量级的小孔，故无法观测。由此可见，德布罗意关系在宏观物体上被它的粒子性