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1、Quantum physicsI.I.I.I.能量子概念的提出能量子概念的提出能量子概念的提出能量子概念的提出普朗克的能量子假说普朗克的能量子假说普朗克的能量子假说普朗克的能量子假说Energe quantum assumptions一. 基本概念1. 热辐射(heat radiation)定义一. 基本概念1. 热辐射(heat radiation)定义分子的热运动使物体辐射电磁波,这种辐射因与温度有关,故称分子的热运动使物体辐射电磁波,这种辐射因与温度有关,故称热辐射.基本性质热辐射.基本性质 温度温度?发射的能量发射的能量?所辐射的电磁波的短波成分所辐射的电磁波的短波成分平衡热辐射平衡热
2、辐射物体辐射的能量等于在同 一时间内所吸收的能量物体辐射的能量等于在同 一时间内所吸收的能量3.单色辐出度3.单色辐出度M（T) 辐射能量按波长的分布辐射能量按波长的分布单位时间内从物体表面单位面积发出的单位时间内从物体表面单位面积发出的波长在 附近单位波长间隔内波长在 附近单位波长间隔内的电磁波的能量。的电磁波的能量。2. 辐射出射度简称辐出度(radiant exitance) 2. 辐射出射度简称辐出度(radiant exitance) M（T T）：）：单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各种单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各种波长波长电磁波能量的总和.电磁波能量的总
3、和.= 0)()( dTMTMM(T)和和M(T)：既是温度的函数.也与物体的材料及发光表面性质有关.既是温度的函数.也与物体的材料及发光表面性质有关.二. 黑体和黑体辐射的基本规律二. 黑体和黑体辐射的基本规律黑体的单色辐出度按波长分布曲线黑体的单色辐出度按波长分布曲线MB（T）0 1 2 3 4 5 6(m)1100K1300K1500K1700K1.曲线下的面积与其温 度的四次方成正比曲线下的面积与其温 度的四次方成正比 2单色辐出度的最大值随 温度升高向短波方向移动单色辐出度的最大值随 温度升高向短波方向移动.（2）维恩位移律（热力学理论，后经实验证实）（2）维恩位移律（热力学理论，后
4、经实验证实） mT =bb= 2.89775610-3 mK（1）斯特藩（实验）（1）斯特藩（实验）玻耳兹曼定律（理论）玻耳兹曼定律（理论）M(T)= T4 = 5.67 10-8 W/m2K4黑体的辐射出射度与其温度的四次方成正比黑体的辐射出射度与其温度的四次方成正比00()()MT dMT d =2cdd = 1. 普朗克假说（1900）：辐射物质中具有带电的线性谐振子，它的能量是不连续的,只1. 普朗克假说（1900）：辐射物质中具有带电的线性谐振子，它的能量是不连续的,只h = 6.626075510 -34 Js-普朗克常数普朗克常数E = n h 经典经典能量量子能量量子能是一个最
5、小能量的整数倍，即：能是一个最小能量的整数倍，即：其最小能量其最小能量= h 。= h叫做能量子在辐射和吸收能量时，振子从这些 状态中之一跃迁到其它的一个状态叫做能量子在辐射和吸收能量时，振子从这些 状态中之一跃迁到其它的一个状态三. 普朗克的能量子假说和黑体辐射公式三. 普朗克的能量子假说和黑体辐射公式（2002）太阳辐射本领的峰值在）太阳辐射本领的峰值在465n m 处。将太 阳视为黑体，太阳表面温度为处。将太 阳视为黑体，太阳表面温度为；单位面 积上的辐射功率为；单位面 积上的辐射功率为。bTm= = 4TM=T=6232 KM=8.552 107 W/m2II.II.II.II.光量子
6、概念的提出光量子概念的提出光量子概念的提出光量子概念的提出 爱因斯坦的光量子论爱因斯坦的光量子论爱因斯坦的光量子论爱因斯坦的光量子论一. 光电效应的实验规律1光电效应一. 光电效应的实验规律1光电效应光电效应：在电磁辐射下物质发射电子的现象。所发射的电子叫光电子。光电效应：在电磁辐射下物质发射电子的现象。所发射的电子叫光电子。2实验装置2实验装置OOOOOOVGAKB OOm1887-1890年由赫兹年由赫兹- 勒纳发现。勒纳发现。Photoelectric effect（1）截止电压存在：说明光电子必有动能。）截止电压存在：说明光电子必有动能。U=0时也有电流。只有加上反向电压时也有电流。只
7、有加上反向电压-Ua 最大动能的光电子也被遏止住到不了阳极最大动能的光电子也被遏止住到不了阳极A。21 2mamveU=由不同光强的两条曲线看出光电子的最大初动能 与入射光强无关。由不同光强的两条曲线看出光电子的最大初动能 与入射光强无关。im1im2-Uca只有当入射光频率只有当入射光频率 v大于一定的频率大于一定的频率v0时，才会产生光电效应。时，才会产生光电效应。 v0叫截止频率。那红限波长叫截止频率。那红限波长000=c2102mam veU=（2）截止频率（红限波长）的存在：）截止频率（红限波长）的存在：1. 爱因斯坦光量子假设(1905)1. 爱因斯坦光量子假设(1905)（1）一
8、束光就是以光速运动的粒子流，这些粒子就是光量子（1）一束光就是以光速运动的粒子流，这些粒子就是光量子（光子）（光子），每一个光子的能量，每一个光子的能量 = h 频率不同光子能量不同频率不同光子能量不同。（2）光的能流密度）光的能流密度 = =hNS2. 对光电效应的解释对光电效应的解释Ahmvm=2 21光电效应方程光电效应方程（一个束缚电子吸收一个光子能量守恒过程）三.爱因斯坦的光量子论（一个束缚电子吸收一个光子能量守恒过程）三.爱因斯坦的光量子论Ahmvm=2 21截止频率截止频率2102mmv=00hA =hA= =0 遏止电压遏止电压0hA2102mmv21 2mamveU=c=（2
9、003）光电效应 能使某种金属产生光电效应的入射光最小频率为（2003）光电效应 能使某种金属产生光电效应的入射光最小频率为 6.01014HZ，此种金属的电子逸出功为，此种金属的电子逸出功为。 若金属表面再施加。 若金属表面再施加U=3V反向电压，可激起光电流 的入射光最小频率为反向电压，可激起光电流 的入射光最小频率为。 AhEk = = )(1098. 319JhA = AheU=)(1032. 115 ZHhAeU=+=例（例（2004） 一般人能看到的光，其波长从红光） 一般人能看到的光，其波长从红光( )到 紫光到 紫光( )，它们相应的能量为，它们相应的能量为( )到 （）电子伏
10、特。到 （）电子伏特。8 34 7193 1016.62 104 101.6 10cEhh =电子伏特电子伏特7700 35001.5 3.5解解: Ahmvm=2 2121 2mamveUhA=aceUhA= aceUhA= 11()()aae UUhc= 11().1.30()ahcUUVe=例例1: 当钠光灯的黄光当钠光灯的黄光(=5893 )照射一光电池照射一光电池,为遏 止所有电子达到阳极为遏 止所有电子达到阳极,需需0.30V的负电压的负电压.如果用如果用 =4000A的光照射此光电池的光照射此光电池,需多大的遏止电压需多大的遏止电压?光子的能量光子的能量 = h 光子的质量光子的
11、质量22 chmhmc=光子的动量光子的动量=h chmcp光子的静止质量光子的静止质量00= =m通过通过 h把粒子性和波动性连在一起把粒子性和波动性连在一起3. 对光子的认识对光子的认识:光的波粒二象性光的波粒二象性X 射线管石墨体射线管石墨体X 射 线 谱 仪射 线 谱 仪晶体晶体康普顿散射康普顿散射X射线在石墨上的散射(1923)射线在石墨上的散射(1923)散射光中除了和入射光波长散射光中除了和入射光波长0 相同的射线之外， 还出现一种波长相同的射线之外， 还出现一种波长大于大于0 的新的射线。散射光中除了和入射光波长的新的射线。散射光中除了和入射光波长0 相同的射线之外， 还出现一
12、种波长相同的射线之外， 还出现一种波长大于大于0 的新的射线。的新的射线。散射光中除了和入射光波长散射光中除了和入射光波长0 相同的射线之外， 还出现一种波长相同的射线之外， 还出现一种波长大于大于0 的新的射线。的新的射线。)cos1 ()cos1 ( 00cmhc=康普顿散射公式康普顿散射公式nmcmh c301043. 2 =电子的电子的Compton波长波长准直系统 入射光准直系统 入射光 0 散射光散射光 探测器石墨 散射体探测器石墨 散射体 例：当散射角为例：当散射角为0时，时，?=当散射角为当散射角为/2时，当散射角为时，时，当散射角为时，?=?=302.43 10 ()chnm
13、m c =0=30224.86 10 ()chnmm c =III.III.III.III.量子概念在氢原子结构中的应用量子概念在氢原子结构中的应用量子概念在氢原子结构中的应用量子概念在氢原子结构中的应用 玻尔的贡献玻尔的贡献玻尔的贡献玻尔的贡献1 1。氢原子光谱氢原子光谱如如:巴耳末系巴耳末系：一、氢原子光谱的规律性一、氢原子光谱的规律性6562.8红红4861.3蓝紫蓝紫4340.5巴耳末系巴耳末系:(可见光区可见光区).,nnR543121122=赖曼系赖曼系:(紫外区紫外区)巴耳末系巴耳末系:(可见光区可见光区)布喇开系布喇开系1.096776+107m1R=里德伯常数里德伯常数.,n
14、nR543121122= = =,.,nnR432111122= = =帕邢系帕邢系: (红外区红外区).,nnR654131122= = =.,nnR765141122= = =所有的光谱线频率可表示为：所有的光谱线频率可表示为：.m,m,mnnmR32111122+= =+= = 每一系列的短波端都有连续谱连续光谱是自由电子与氢离子结合时产生的光谱每一系列的短波端都有连续谱连续光谱是自由电子与氢离子结合时产生的光谱.自 由电子的动能是连续变化的自 由电子的动能是连续变化的,当结合成基态原子时当结合成基态原子时,有有 1/2mv2 + 13.6ev 引起光辐射引起光辐射.每一系都有一个最大波长和最小波长（极限波长）每一系都有一个最大波长和最小波长（极限波长）氢原子光谱中的不同谱线氢原子光谱中的不同谱线6562.794861.33 4340.474101.741215.681025.836562.794861.33 4340.474101.741215.681025.83 972.54972.5418.7540.50赖曼系巴尔末系帕邢系布喇开系-13.6-3.39-1.51-0.85018.7540.50赖曼系巴尔末系帕邢系布喇开系-13.6-3.39-1.51-0.850E En neVeV4 48 8连续区连
