光的粒子性课件.pptxVIP

第1页共41页光的粒子性黑体辐射的实验规律普朗克能量子假设光与物质的相互作用爱因斯坦光子理论光的波粒二象性

第2页共41页第一、二节热辐射普朗克能量子假说一、黑体辐射的实验规律1.热辐射一切物体都以电磁波形式向外辐射能量，其功率和波长取决于物体的温度，称为热辐射。固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K不同的原子辐射谱线的颜色(频率)成分不同：锶(Sr)铷(Rb)铜(Cu)

第3页共41页2.绝对黑体模型：空腔小孔物体发射能量的同时，又吸收周围其他物体的辐射能。当发射=吸收时，其温度不变——平衡热辐射(动态平衡)能全部吸收(不反射)任何波长的入射辐射能的物体——绝对黑体物体对外来辐射能量的吸收、反射具有选择性，绝热不透明

第4页共41页3.绝对黑体的辐射定律实验发现：物体的电磁辐射能力与吸收能力一致。黑体完全吸收体理想发射体单位时间内，从物体表面单位面积上发射的波长定义两个物理量：

第5页共41页单位时间内从物体表面单位面积上发射的各种波长的总辐射能T热电偶平行光管绝对黑体三棱镜测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验装置

第6页共41页01234561700K1500K1300K1100K实验曲线

第7页共41页?维恩位移定律维恩常数：?斯忒潘—波尔兹曼定律斯忒潘恒量：实验定律：T3T2T1T2T1T1

第8页共41页二、经典物理的困难从经典理论出发推1.瑞利——金斯公式长波与实验曲线吻合，短波相差很大——紫外灾难出发点：将能量按自由度均分原理用到电磁辐射上2.维恩公式短波与实验曲线接近，长波相差很大。出发点：将类似分子速率分布的规律用到电磁辐射上

第9页共41页0123456789瑞利--金斯线紫外灾难维恩线

第10页共41页三、普朗克能量子假说1.经验公式在维恩公式和金斯公式之间用内插法得出与实验曲线相符的经验公式0123456789(T,?)

第11页共41页2.能量子假设（模型）?黑体：由大量包含各种固有频率的谐振子组成的系统能量子?谐振子的能量只能取某个基本单元的整数倍?能量子能量作用量子普朗克恒量

第12页共41页3.意义：?导出与实验曲线相吻合的经验公式，解决了黑体辐射的困难。?引入能量量子化的概念，是量子物理开端，为爱因斯坦光子论和玻尔氢原子理论奠定基础。“敲响近代物理晨钟”③普朗克恒量h已经成为物理学中最基本、最重要的常数之一。特点：非常小，具有作用量量纲。1900年12月14日《正常光谱中能量分布律的理论》1918年获诺贝尔物理奖量子力学诞生日

第13页共41页“我当时打算将基本作用量子h归并到经典理论范畴中去,但这个常数对所有这种企图的回答都是无情的。”“企图使基本作用量子与经典理论调和起来的这种徒劳无功的打算,我持续了很多年,它使我付出了巨大的精力。”——普朗克推荐读物：《普朗克之魂》四川人民出版社1992作用量是从功能角度考察和比较客体的运动(经历)。例：能量?时间，长度?动量作用量量纲：L2MT-1(A)h成为区分经典理论与微观理论的判据(B)h成为物理体系动力学变量测量精确度的极限

第14页共41页第三节光电效应爱因斯坦光量子理论光与物质相互作用的基本形式光电效应——光子论的提出康普顿效应电子偶效应光子论的应用和检验一、光电效应1.实验规律(1)光电效应是瞬时发生的it(s)10-9

第15页共41页(2)入射光频率一定，饱和光电流与入射光强成正比iOU饱和光电流isUa遏止电压光强较强光强较弱

第16页共41页(3)光电子初动能和入射光频率的关系遏止电压的存在说明光电子具有初动能，iisUoUa实验指出遏止电压和入射光频率有线性关系O?UaCsNaCa

第17页共41页(1)按经典理论光电子的初动能应决定于入射光的光强，而不决定于光的频率。(2)无法解释红限的存在。(3)无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。2.经典电磁波理论的困难(4)对于任何金属，存在一个红限频率?0o?UaCsNaCa

第18页共41页3.爱因斯坦光子理论?光是以光速运动的光子流?每