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大学物理

量子物理基础/13

本章导读3量子论是20世纪初物理学家们在研究微观粒子(原子、分子及原子核等)的结构和运动规律的过程中逐步建立起来的。量子概念是在1900年由普朗克首先提出的,而后经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森柏、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力,到20世纪30年代,初步建立了一套完整的量子力学理论。本章将按历史发展的顺序,简要介绍量子论建立过程中的几个最基本的思想和理论。

13.1热辐射与普朗克的量子假设物体由于具有温度而辐射电磁波的现象称为热辐射。伴随电磁波的传播而辐射出去的能量称为辐射能。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射,温度越高,辐射能越大,辐射出的电磁波波长越短。例如,在加热铁块时,刚开始温度较低,铁块颜色较暗,随着温度的不断升高,其颜色逐渐变为暗红、赤红、橙色,最后变为黄白色。

13.1热辐射与普朗克的量子假设,,,,

13.1热辐射与普朗克的量子假设13.1.1黑体图13-1黑体模型一般来说,颜色越深的物体,其辐射和吸收的本领越大。例如,煤炭等黑色物体可吸收绝大部分外来辐射。我们把能够吸收一切外来电磁辐射的物体称为绝对黑体,简称黑体。黑体是一个理想模型,在自然界中并不存在。为了得到近似的黑体,可用不透明的材料制成一空腔,并在空腔壁上开一小孔,如图13-1所示。从小孔入射的电磁波,在空腔内壁上经多次吸收和反射,几乎全部被腔壁吸收,很难再从小孔反射出来,这样的空腔小孔就具有黑体的性质。

13.1热辐射与普朗克的量子假设13.1.2黑体辐射规律黑体的吸收本领最大,其辐射本领也最大。实验表明,黑体的辐射仅与温度有关,而与其材料无关。因此,温度一定时,黑体辐射的性质及规律是相同的。如图所示为实验测得的黑体单色辐出度随波长的分布曲线。可以看出,每条曲线在处都有一极大值,且随温度的升高向短波方向移动;在很小和很大时,都趋近于0;各种波长的单色辐出度都随温度的升高而迅速增大。

13.1热辐射与普朗克的量子假设维恩公式和瑞利—金斯公式

13.1热辐射与普朗克的量子假设13.1.3普朗克能量子假设为了找出这个公式的理论依据,普朗克提出了一个大胆的假设,即普朗克能量子假设

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.1光电效应1887年,德国物理学家赫兹发现,当光照射到金属表面时,会有电子从金属表面逸出。这种现象称为光电效应。逸出的电子称为光电子,光电子在电场作用下形成的电流称为光电流。在一抽成高真空的光电管内,装有阴极K和阳极A。当单色光通过石英窗照射到阴极K上时,光电子便从阴极表面逸出,并在电场作用下向阳极A运动,从而在电路中形成了光电流。光电效应的实验装置

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.1光电效应光电效应需注意:光电流与入射光强的关系截止电压截止频率滞后时间

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.1.1光电流与入射光强的关系光电效应的伏安特性曲线当入射光的强度一定时,光电流随加速电压的增大而增大,当加速电压增大到一定值时,光电流达到一饱和值,不再增大。这说明,从阴极K逸出的光电子全部到达阳极A。

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.1.2截止电压

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.1.3截止频率

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.1.4滞后时间

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.2光量子假设与光电效应方程

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.2光量子假设与光电效应方程

13.2爱因斯坦光量子假设13.2.3光的波粒二象性

13.3玻尔氢原子理论13.3.1氢原子光谱的规律性

13.3玻尔氢原子理论13.3.1氢原子光谱的规律性

13.3玻尔氢原子理论13.3.2玻尔氢原子理论

13.3玻尔氢原子理论13.3.2.1玻尔理论的基本假设

13.3玻尔氢原子理论13.3.2.2玻尔理论在氢原子中的应用(2)氢原子的能级公式

13.3玻尔氢原子理论13.3.2.2玻尔理论在氢原子中的应用(1)核外电子的轨道半径

13.3玻尔氢原子理论13.3.2.2玻尔理论在氢原子中的应用(2)氢原子的能级公式氢原子的能级与谱线

13.3玻尔氢原子理论13.3.2.2玻尔理论在氢原子中的应用(3)玻尔理论对氢原子光谱的解释

13.4德布罗意波13.4.1德布罗意假设

13.4德布罗意波13.4.1德布罗意假设——演变123

13.4德布罗意波13.4.2戴维逊—革末实验为了验证

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