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1、1,量子概念是 1900 年普朗克首先提出，距今已有 100 多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、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，就建立了一套完整的量子力学理论.,2,早期量子论,量子力学,相对论量子力学,普朗克能量量子化假说爱因斯坦光子假说康普顿效应玻尔的氢原子理论,德布罗意实物粒子波粒二象性薛定谔方程波恩的物质波统计解释海森伯的测不准关系,狄拉克把量子力学与狭义相对论相结合,3,一 了解热辐射的两条实验定律：斯特藩-玻耳兹曼定律和维恩位移定律，以及经典物理理论在说明热辐射的能量按频率分布曲线时所遇到的困难.理解普朗克量子假设.,
2、4,三 理解康普顿效应的实验规律，以及光子理论对这个效应的解释.理解光的波粒二象性.,二 了解经典物理理论在说明光电效应的实验规律时所遇到的困难.理解爱因斯坦光量子假设，掌握爱因斯坦方程.,5,五 了解德布罗意假设及电子衍射实验.了解实物粒子的波粒二象性.理解描述物质波动性的物理量（波长、频率）和描述粒子性的物理量（动量、能量）之间的关系.,四理解氢原子光谱的实验规律及玻尔氢原子理论.,6,七 了解波函数及其统计解释.了解一维定态的薛定谔方程，以及量子力学中用薛定谔方程处理一维无限深势阱等微观物理问题的方法.,六 了解一维坐标动量不确定关系.,7,一 黑体 黑体辐射,1 热辐射的基本概念,（1
3、）单色辐射出射度 单位时间内从物体单位表面积发出的频率在 附近单位频率区间内的电磁波的能量.,8,（2）辐射出射度,单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.,9,0 2 4 6 8 10 12,太阳,钨丝,钨丝和太阳的单色辐出度曲线,10,2 黑体,黑体是理想模型,11,12,0 1 000 2 000,0.5,黑体单色辐出度的实验曲线,1.0,二 黑体辐射的实验规律,13,1 斯特藩-玻耳兹曼定律,斯特藩-玻耳兹曼常数,总辐出度,式中,14,2 维恩位移定律,常量,峰值波长,15,解,（1）由维恩位移定律,例1（1）温度为 的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波
4、长是多少？(2)太阳的单色辐出度的峰值波长，试由此估算太阳表面的温度.（3）以上两辐出度之比为多少？,16,（2）,（3）由斯特藩-玻耳兹曼定律,由维恩位移定律,17,三 瑞利-金斯公式 经典物理的困难,18,普朗克（1858 1947）,德国理论物理学家，量子论的奠基人.1900年12月14日他在德国物理学会上，宣读了以关于正常光谱中能量分布定律的理 论为题的论文，提出了能量的量子 化假设.劳厄称这 一天是“量子论 的诞生日”.量子论和相对论构成了近代物 理学的研究基础.,19,四 普朗克假设 普朗克黑体辐射公式,1 普朗克黑体辐射公式,普朗克常数,20,0 1 2 3,6,瑞利-金斯公式,
5、2,4,实验值与普朗克公式理论曲线比较,T=2 000 K,21,黑体中的分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子的能量状态是分立的，相应的能量是某一最小能量的整数倍,即，2，3，n,称为能量子，n 为量子数.,2 普朗克量子假设,普朗克量子假设是量子力学的里程碑.,22,解（1）,23,基元能量,（2）,24,在宏观范围内，能量量子化的效应是极不明显的，即宏观物体的能量完全可视作是连续的.,25,一 光电效应实验的规律,1 实验装置及现象,2 实验规律,（1）光电流强度与入射光强成正比.,26,（2）截止频率（红限）,截止频率与材料有关与光强无关.,对某种金属来说，只有入射光的频率大于某一频
6、率0时，电子才会从金属表面逸出.0称为截止频率或红限频率.,27,遏止电势差与入射光频率具有线性关系.,（4）瞬时性,使光电流降为零所外加的反向电势差称为遏止电势差，对不同的金属，的量值不同.,（3）遏止电势差,28,按经典理论,电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累,与实验结果不符.,3 经典理论遇到的困难,红限问题,瞬时性问题,按经典理论,无论何种频率的入射光,只要强度足够大，就能使电子逸出金属.与实验结果不符.,29,二 光子 爱因斯坦方程,1 光量子假设,光可看成是由光子组成的粒子流，单个光子的能量为.,2 爱因斯坦光电效应方程,逸出功与材料有关,30,理论解释:,几种金属逸出
7、功的近似值(eV),31,遏止电势差,外加反向的遏止电势差 恰能阻碍光电子到达阳极,即,32,爱因斯坦的光子理论圆满地解释了光电效应现象.,（截止频率）,33,3 普朗克常数的测定,34,例1 一半径为 的薄圆片，距光源1.0 m.光源的功率为1W，发射波长589 nm的单色光.假定光源向各个方向发射的能量是相同的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数.,解,35,36,光电倍增管,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.,37,光的波粒二象性,相对论能量和动量关系,（2）粒子性：（光电效应等）,（1）波动性：光的干涉和衍射,光子,38,光子,39,1920年
8、，美国物理学家康普顿在观察X 射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生了变化的成分散射束中除了有与入射束波长 0 相同的射线，还有波长 0 的射线.,40,一 实验装置,41,二 实验结果,1 波长的偏移()与散射角有关.,2 与散射物体无关.,42,三 经典理论的困难,按经典电磁理论，带电粒子受到入射电磁波的作用而发生受迫振动，从而向各个方向辐射电磁波，散射束的频率应与入射束频率相同，带电粒子仅起能量传递的作用.可见，经典理论无法解释波长变长的散射线.,43,1 物理模型,入射光子（X 射线或 射线）能量大.,四 量子解释,范围为：,44,电子反冲速度很大，用相对论力学处理.,电子热运动能
9、量，可近似为静止电子.,固体表面电子束缚较弱，视为近自由电子.,45,(1)入射光子与散射物质中束缚微弱的电子弹性碰撞时，一部分能量传给电子，散射光子能量减少，频率下降、波长变大.,2 定性分析,(2)光子与原子中束缚很紧的电子发生碰撞，近似与整个原子发生弹性碰撞时，能量不会显著减小，所以散射束中出现与入射光波长相同的射线.,46,3 定量计算,动量守恒,47,48,康普顿波长,康普顿公式,49,散射光波长的改变量 仅与 有关.,散射光子能量减小,4 结论,50,5 讨论,若 则，可见光观察不到康普顿效应.,光具有波粒二象性,一般而言，光在传递过程中，波动性较为显著；光与物质相互作用时，粒子性比较显著.,51,与 的关系与物质无关，是光子与近自由电子间的相互作用.,散射中 的散射光是因光子与紧束缚电子的作用.原子量大的物质，其电子束缚较强，因而康普顿效应不明显.,52,6 物理意义,光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性.,微观粒子的相互作用也遵守能量守恒和动量守恒定律.,53,54,例1 波长 的 X 射线与静止的自由电子作弹性碰撞，在与入射角成 角的方向上观察，问：,（2）反冲电子得到多少动能？,（3）在碰撞中，光子的能量损失了多少？,（1）散射波长的改变量 为多少？,55,（1）,（2）反冲电子的动能,（3）光子损失的能量反冲电子的动能,解,
