量子物理基础课件.pptx

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1、热辐射热辐射:由温度决定的物体的电磁辐射由温度决定的物体的电磁辐射一一.热辐射热辐射第一节第一节 热辐射热辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设 头头部部热热辐辐射射像像头部各部分温度不同，因此它们头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这种差异可的热辐射存在差异，这种差异可通过热象仪转换成可见光图象。通过热象仪转换成可见光图象。单单色色辐辐出出度度0 1.0 1.75波长波长(m)第1页/共23页辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。室温室温高温高温吸收吸收辐射辐射白底黑花瓷片白

2、底黑花瓷片黑底白花瓷片黑底白花瓷片第2页/共23页单色辐射出射度（单色辐出度）：一定温度 T 下，物体单位面在单位时间内发射的波长在 +内的辐射能 M 与波长间隔 的比值辐出度：物体(温度 T)单位表面在单位时间内发射的辐射能，为 温温度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。说明说明物体热辐射物体热辐射温度温度材料性质材料性质第3页/共23页二二.黑体辐射黑体辐射绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。黑体辐射的特点：与同温度其它物体的热辐射相比，与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射黑体热辐射本领本领最强

3、最强煤烟煤烟约99%黑体模型黑体模型黑体热辐射黑体热辐射温度温度材料性质材料性质第4页/共23页1.斯特藩斯特藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律式中辐出度与辐出度与 T 4 成正比成正比.2.维恩位移定律峰值波长峰值波长 m 与温度与温度 T 成反比成反比 0.5 1.0 1.5 2.01050MB (10-7 W/m2 m)(m)可见光可见光5000K6000K3000K4000K第5页/共23页太阳表面温度太阳表面温度M辐出度测得太阳光谱的峰值波长在测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，为绿光区域，为 m=0.47 m.试估算试估算太阳的表面温度和辐太阳的表面温度和辐出度。出度。例解第6页/共23页三

4、三.经典物理的解释及普朗克公式经典物理的解释及普朗克公式MB 瑞利 金斯公式(1900年)维恩公式维恩公式(1896年年)普朗克公式(1900年)为解释这一公式，普朗克为解释这一公式，普朗克提出了能量量子化假设。提出了能量量子化假设。试验曲线试验曲线第7页/共23页电电磁磁波波四四.普朗克能量子假设普朗克能量子假设 若谐振子频率为若谐振子频率为 v，则其能量是，则其能量是hv,2hv,3hv,nhv,首次提出微观粒子首次提出微观粒子的的能量是量子化的，打破了经典物能量是量子化的，打破了经典物理学中理学中能量能量连续的观念。连续的观念。普朗克常数普朗克常数 h=6.62610-34 Js 腔壁上

5、的原子能量与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是 hv 的整数倍.说明hv:能量子第8页/共23页伏安特性曲线伏安特性曲线一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律v饱和电流饱和电流 iS v遏止电压 Ua iS 光电子数I （I,v)AKU第二节第二节 光电效应光电效应 爱因斯坦光子假说爱因斯坦光子假说iS3iS1iS2I1I2I3UaUiI1I2I3Ua 0光电子最大初动能和 成线性关系v截止频率 0v即时发射迟滞时间不超过迟滞时间不超过 10-9 秒秒遏止电压与频率关系曲线遏止电压与频率关系曲线和和v 成成线线性性关关系系i第9页/共23页二.经典物理与实验规律的矛盾 电子在电磁波作

6、用下作受迫振动，直到获得足够能量(与 光强 I 有关)逸出，不应存在红限 0 。当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。只有光的频率只有光的频率 0 时，电子才会逸出。时，电子才会逸出。逸出光电子的多少取决于光强 I。光电子即时发射，滞后时间不超过 109 秒。总结 光电子最大初动能和光频率 成线性关系。光电子最大初动能取决于光强，和光的频率 无关。第10页/共23页三.爱因斯坦光子假说 光电效应方程 光是光子流，每一光子能量为 h，电子吸收一个光子A 为为逸逸出功出功 单位时间到达单位垂直面积的光子数为单位时间到达单位垂直面积的光子数为N，则光强，则光强 I=Nh.I 越强越强,

7、到阴极的光子越多到阴极的光子越多,则则逸逸出的光电子越多。出的光电子越多。电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累。电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累。光频率光频率 A/h 时，时，电子吸收一个光子即可克服逸出功电子吸收一个光子即可克服逸出功 A 逸出。逸出。讨论 光电子最大初动能和光频率光电子最大初动能和光频率 成线性关系。成线性关系。第11页/共23页光子动量四四.光的波粒二象性光的波粒二象性光子能量光子能量光子质量粒子性波动性五.光电效应的应用 光电成像器件能将可见或不可见的辐射图像转换或增强成为可观察记录、传输、储存的图像。第12页/共23页红外变像管红外辐射图像

8、可见光图像像 增 强 器微弱光学图像 高亮度可见光学图像测量波长在测量波长在 2001200 nm 极微弱光的功率极微弱光的功率光电倍增管光电倍增管第13页/共23页 00 散射线中有两种波长 0 、，的增大而增大。随散射角 探测器 0康普顿效应康普顿效应实验规律实验规律X 光管光阑散射物体第14页/共23页吴吴有有训训实实验验结结果果第15页/共23页一一.实验规律实验规律第三节第三节 氢原子光谱氢原子光谱 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论第16页/共23页一一.实验规律实验规律记录氢原子光谱原理示意图第三节第三节 氢原子光谱氢原子光谱 玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论氢放电管23 kV光阑

9、屏 三棱镜（或光栅）光 源第17页/共23页氢光谱的里德伯常量(3)k=2(n=3,4,5,)谱线系 巴耳末系（1880年）(2)谱线的波数 k=1(n=2,3,4,)谱线系 赖曼系 （1908年）(1)分立线状光谱氢原子的巴耳末线系照片氢原子的巴耳末线系照片第18页/共23页2.跃迁假设二二.玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论1.定态假设原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子，频率稳定状态 这些定态的能量不连续 不辐射电磁波 电子作圆周运动v第19页/共23页En(eV)氢氢原原子子能能级级图图赖曼系赖曼系巴耳末系巴耳末系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系-13.6-1.51-3.390光频

10、光频n=1n=2n=3n=4n=5n=6基态基态激激发发态态电离能电离能 第20页/共23页波数(波长的倒数)实验数据测得实验数据测得理论计算得到理论计算得到第21页/共23页卢瑟福原子的有核模型卢瑟福原子的有核模型（1911年）年）普朗克量子假设普朗克量子假设（1900年）年）玻尔玻尔氢原子理论氢原子理论(1913年）年）说说 明明l 成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来。成功的把氢原子结构和光谱线结构联系起来。l 局限性局限性:不能处理复杂原子的问题，根源在于对微观不能处理复杂原子的问题，根源在于对微观 粒子的处理仍沿用了牛顿力学的观念粒子的处理仍沿用了牛顿力学的观念第22页/共23页感谢您的观看！第23页/共23页