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1、第一章 量子力学的历史发展,黑体辐射 光电效应 康普顿散射 氢原子光谱 玻尔的氢原子模型,量子力学的重大事件(1),1898 Mme.Curie Radioactive polonium and radium1901 Planck Blackbody radiation1905 Einstein Photoeletric effect1911 Rutherford Model of the atom1913 Bohr Quantum theory of spectraCompton Scattering photos off electrons1924 Pauli Exclusion prin
2、ciples1925 de Broglie Wave hypnosis,量子力学的重大事件(2),1926 Schroedinger Wave equation1927 Heisenberg Uncertainty principle1927 Davisson and Germer Experiment on wave properties of electrons1927 Bohr Interpretation of the wavefunction1928 Dirac Relativistic wave equation;predication of existence of the po
3、sitron,经典理论的成就和困难,十九世纪末与二十世纪初，经典物理学理论（牛顿力学，热力学及统计物理，电动力学）取得极大成就。但在相对论领域和微观领域,经典理论遇到严重困难。例如微观领域中 黑体辐射 光电效应 康普顿散射 氢原子光谱,黑体辐射,任何温度的物体都会发出一定的热辐射，即各种频率的电磁波。,黑体：在任何温度下都能把照射在其上任何频率的辐射完全吸收。,黑体是理想化的物体，实际中我们用任何物体 做的空腔，在它很小的 开口处就是一个相当理 想的黑体。,在温度T下，从物体单位面积发出的，频率在+d之间的辐射通量u(,T)d。,辐射谱密度和辐射本领,辐射谱密度 u(,T)：辐射本领 E(T)
4、:,辐射本领和辐射谱密度之间的关系,在温度T下，从物体表面单位面积发出的辐射通量。,T1T2T3,黑体辐射谱,Boltzmann-Stefan law,维恩公式和瑞利金斯公式,普朗克公式,普朗克能量量子假说,电磁辐射的能量交换只能是离散的，其取 值只能是 的整数倍。其中h为普朗 克常数。,称为能量子。,Discrete,Plancks constant,Quantum(Pl.Quanta),普朗克常数,用普朗克公式拟合黑体辐射谱密度的实验数 据，得到 普朗克常数也可以由光电实验测出。,光电效应的历史(1),H.R.Hertz,1886，在用莱顿瓶放电的实验中，当紫外线照在火花隙的负极上，放电比
5、较容易发生。W.Hallwach,1888，清洁而绝缘的锌板在紫外线照射下获得正电荷，而带负电的板在光照射下失掉其负电荷。J.J.Thomson,1899，阴极射线由电子组成,光电效应的历史(2),Phillipp Lenard,1902，金属在紫外线照射下发射电子Albert Einstein,1905，光量子假说 Robert Andrews Millikan,1916，验证爱因斯坦的光电效应量子公式，并精确测定了普朗克常量。,外光电效应,真空管光照射某种物质，致使部分电子逃逸 物质表面。这些电子被称为光电子。光电倍增管(Photomultiplier),内光电效应,半导体光激载流子保留在
6、材料内部。光电导本征光电导体吸收一个光子，就会从价带激发到导带，产生一个自由电子，同时在在价带产生一个空穴。对材料施加电场，使电子和空穴都通过材料运输，从而产生电流光电导探测器，光伏探测器，太阳能电池，CCD,摄像机,光电效应实验,经典麦克斯韦尔理论的推论,相比与蓝光，红光具有更长的周期，因而红光与电子的相互作用时间更长，这使得红光比蓝光更容易使电子逸出。若入射单色光的光强增强，则会有更多的电子逸出，且这些电子的能量也相应增大。由于弱光的能量相当小，因此在弱光的条件下，电子需要更多的时间才能逸出。入射波的能量将由上百万个电子分享。,遏止电压,将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向
7、电场阻碍作用。当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值U0 时，光电流恰为0。U0叫做遏止电压.,饱和电流和遏止电压,入射光频率固定，不同光强下，光电流i与电压V的关系,i,截止频率,当入射光频率0时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率0时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。,遏止电压和截止频率,对特定金属表面，遏止电势U0(遏止电压V0)和频率的关系,驰豫时间,光强I和频率固定，光电流i与产生光电子的时间t的关系,驰豫时间10-9s,爱因斯坦光子假说,光子仍保持频率及波长的概念。,电磁场和物质相互交换的能量不是连续分布的，而是集中在一些叫光子(或光量子)的粒子上。,爱因斯
8、坦公式(1),脱出功,电子动能,金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功，另一部分变为光电子的动能。,爱因斯坦公式(2),光电效应的解释,截止频率0（红限）-只有当入射光频率0时，电子才能逸出金属表面，产生光电效应遏止电压-初动能及反向遏止电压与成正比效应瞬时性-电子吸收光子时间很短，只要光子频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关,康普顿散射实验,X射线被轻原子量的物质散射,康普顿散射实验结果(1),X射线被轻原子量的物质散射后，波长变长。,康普顿散射实验结果(2),若以不同元素作 为散射物质，则 波长变化量与散 射物质无关。,康普顿散射模型,X
9、射线的光子与电子的碰撞,康普顿散射公式,碰撞过程中，动量与能量守恒,光子性质,波长，频率，角频率，波矢量,光子能量,光子动量,氢原子光谱-棱镜光谱仪,Source,Slit,Prism,Screen,氢原子光谱,里德伯公式,n=1,=2,3,4,紫外区，赖曼系,n=2,=3,4,5,可见区，巴耳末系,n=3,=4,5,6,红外区，帕邢系,卢瑟福的原子模型,卢瑟福的有核模型,原子中的正电荷集中在占原子大小万分之一的小范围内.,玻尔的氢原子模型,原子的稳定状态，即定态只可能是某些具有一定的分离值能量(E1,E2,E3,)的状态。原子处于定态时是不辐射的。由于某种原因，电子可以从一个能级En跃迁到另外一个较低(高)的能级Em。此时，将发射(吸收)一个光子，光子的能量为,量子化条件和玻尔能级,玻尔能级,理论值和里德伯常数一致,玻尔的量子化条件,量子化条件,其中p,q分别代表电子的某一对共轭的正则动量和坐标，表示对周期运动积分一个周期。,量子化条件的应用(1),Q.试用量子化条件，求谐振子的能量(谐振子势能V(x)取为),量子化条件的应用(2),
