量子理论的起源课件

量子理论的起源量子理论的起源1一.热辐射任何物体在任何温度下都在向外发射电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征仅与温度有关。物体随温度升高时的颜色变化

T24.1黑体辐射和普朗克的量子假设一.热辐射任何物体在任何温度下都在向外发射电磁波，这种由于2▲影响物体热辐射的因素(1).材料同一温度下,不同材料的物体有不同的热辐射;(2).温度同一物体,温度越高,热辐射越强。★注意:1.物体在热辐射的同时，也在吸收周围物体发出的辐射能;吸收能力与物体的材料和表面状况有关;2.物体吸收辐射的能力随波长和温度而变化;3.高温物体辐射能>吸收能，导致物体温度下降。▲影响物体热辐射的因素(1).材料同一温度下,不同材料的物3二.有关辐射的物理量▲单色辐射本领(单色幅出度)

单位时间内，温度为T的物体单位面积上发射的波长在～+d范围内的辐射能dE与波长间隔d的比值单色幅出度与物体的温度和辐射波长有关二.有关辐射的物理量▲单色辐射本领(单色幅出度)4▲总幅出度单位时间内从单位面积上发射的各种波长的总辐射能总幅出度仅与物体的温度有关▲总幅出度单位时间内从单位面积上发射的各种波长的总辐射能总幅5三.黑体辐射▲黑体

有一类物体，不论组成成分，在相同的温度下，发射相同的光谱，其表面吸收所有的热辐射，无反射光。理想化模型煤灰体(99%)不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。黑体模型三.黑体辐射▲黑体有一类物体，不论组成成分6

对于给定温度T

，黑体的单色辐出度E(,T)有一最大值,其对应波长为m。黑体的辐出度按波长分布曲线▲维恩位移定律E(,T)O1700K1500K1300K1100K热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。对于给定温度T，黑体的黑体的辐出度按波长分布曲线▲维恩7曲线下的面积

黑体在一定温度T下的总幅出度▲斯特藩-玻耳兹曼定律E(,T)O1700K1500K1300K1100K曲线下的面积黑体在一定温度T下的总幅出度▲斯特藩-8四.普朗克量子假设考虑黑体单色幅出度E(,T)▲古典物理学的理论公式1.维恩公式短波区2.瑞利-金斯公式长波区四.普朗克量子假设考虑黑体单色幅出度E(,T)▲古典物9o实验值/μm维恩线瑞利--金斯线紫外灾难普朗克线12345678o实验值/μm维恩线瑞利--金斯线紫外灾难普朗克线1234510普朗克—普朗克常量2.普朗克能量子假设(1).辐射黑体由带电谐振子组成,谐振子的能量不连续,是某一最小能量单元0的整数倍n;—能量子(量子)(2).物体辐射或吸收能量时,其总能量只能是hv的整数倍.n—量子数▲普朗克能量子假设1.普朗克公式普朗克—普朗克常量2.普朗克能量子假设(1).辐射黑体由11例.188页24-16？解:例.188页24-16？解:12例.188页24-17？解:例.188页24-17？解:1324.2光电效应赫兹AVKA光电子光电流一.光电效应24.2光电效应赫兹AVKA光电子光一.光电14光强较强光电效应的伏安特性曲线光强较强光电效应的伏安特性曲线151.实验现象(1).入射光的光强及频率不变,加速电压U增加,光电流I增加;

且U增大到某一定值时,光电流达到饱和值Is;(2).加速电压U下降,光电流I也下降,但U=0时,仍有光电流;当U变负,U减小到某一定值Ua时,光电流为零;(3).用相同频率不同光强的光入射,光强增大,饱和电流增大;

但遏止电压Ua不变;遏止电压1.实验现象(1).入射光的光强及频率不变,加速电压16(4).用不同频率的光入射,频率越高,Ua越大;当v<v0时,若Ua=0,无光电流;(5).有光入射到电极上,马上有光电流.v0—截止频率/红限(4).用不同频率的光入射,频率越高,Ua越大;当v<v172.实验规律(1).饱和电流Is的大小与入射光强度成正比;即单位时间内,电极上放出的电子数与入射光的强度成正比;(2).光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关,频率越高,光电子的能量越大;(3).入射光的频率低于材料的红限v0,则无光电流;(4).光的照射与光电子的发射几乎同时.2.实验规律(1).饱和电流Is的大小与入射光强度成正比18二.爱因斯坦的光子理论爱因斯坦1.光电子的初动能应决定于入射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于光的频率。▲光的波动说的缺陷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。二.爱因斯坦的光子理论爱因斯坦1.光电子的初动能应决定于19▲光量子假设1.光是一束以光速运动的粒子流,粒子—光量子(光子);2.每一光子的能量=hv,不同的频率的光具有不同的能量.▲光电效应方程(爱因斯坦方程)

金属中的电子吸收了光子的能量hv,一部分用于克服金属的束缚A,另一部分转换为光电子的动能Ek逸出功▲光量子假设1.光是一束以光速运动的粒子流,粒子20▲对光电效应的解释1.光强增加光子数增多单位时间内放出的光电子数增多;

饱和电流(光电子数)与入射光的强度成正比2.光子能量<电子逸出功电子无法挣脱金属的束缚

v<v0时无光电流3.对于一定的金属,逸出功A为常数,光子频率越高,初动能越大;

初动能仅与频率有关,与光强无关4.电子全部吸收光子的能量,中间无需积累时间.

驰豫时间极短▲对光电效应的解释1.光强增加光子数增多单位21三.光的波粒二象性▲光子的静质量——运动质量三.光的波粒二象性▲光子的静质量——运动质量22▲光子的动量光既具有波动性,又有粒子性光在传播过程中,表现波动性(干涉,衍射等)光的粒子性光的波动性——

波粒二象性光在与物质相互作用时,表现波动性(光电效应,

康普顿效应等)▲光子的动量光既具有波动性,又有粒子性光在传播过程中,表现23四.光电效应的应用光电管光电倍增管四.光电效应的应用光电管光电倍增管2424.3康普顿效应一.康普顿效应的实验规律康普顿吴有训

X射线被较轻的物质散射时，散射谱线中除了有和入射线波长相同的成份外，还有波长较长的成份，两者的波长差与散射角有关，它们的强度满足一定的规律。24.3康普顿效应一.康普顿效应的实验规律康普顿吴有训251.实验装置康普顿实验装置示意图X光检测器X光管光阑散射物质晶体1.实验装置康普顿实验装置示意图X光检测器X光管光阑散射晶262.康普顿效应的实验规律(1).在固定散射角处观察,散射光中有入射波长0的成分,又有波长>0的成分;(2).改变散射角,波长差=-0及波长的光强均随角增大而增大,同时原波长0的光强减小;(3).同一散射角下,对所有散射物质,波长的偏移都相等;(4).对原子量小的物质,康普顿散射较强,对原子量大的物质,康普顿散射较弱.2.康普顿效应的实验规律(1).在固定散射角处观察,散27二.光子理论对康普顿效应的解释1.成分与0成分的解释光子与散射物质的电子弹性碰撞碰撞中光子的部分能量传给电子光子能量减小

频率降低波长变长光子与内层电子碰撞电子束缚紧

光子相当于与整个原子相碰原子质量大

光子方向改变,能量几乎不变波长不变2.原子量与散射强弱的关系原子序数大

内层电子数多0的强度增大散射较弱二.光子理论对康普顿效应的解释1.成分与0成分283.与

的关系静止00000nchphErrn=n=020==eepcmErnchphErrn=n=vmpmcEeerr==2能量和动量守恒定律3.与的关系静止00000nchphErrn=29——康普顿散射公式——康普顿波长

波长改变与散射物质无关,仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。——康普顿散射公式——康普顿波长波长改变与散射物质无关,30例.188页24-26？解:(1)(2)例.188页24-26？解:(1)(2)31例.188页24-27？解:例.188页24-27？解:32例.188页24-29？解:例.188页24-29？解:33量子理论的起源课件34一.氢原子光谱▲原子光谱(线状光谱)光谱仪分光后形成一系列光谱线，每一条光谱线对应一种波长▲原子光谱的特点1.一定元素的原子光谱包含了完全确定的波长成分,不同元素的光谱成分各不相同;2.每种元素的原子光谱中谱线按一定规律排列,组成线系.24.4玻尔的量子假设与玻尔模型一.氢原子光谱▲原子光谱(线状光谱)光谱仪分光后形成一35二.氢原子光谱的经验公式▲里德伯公式▲可见光波段(巴尔末系)—里德伯常量二.氢原子光谱的经验公式▲里德伯公式▲可见光波段(巴尔末36▲氢原子线系赖曼系，紫外区巴尔末系，可见光区帕邢系，红外区布拉开系，红外区普丰德系，红外区汉弗莱系，红外区汉森与斯特朗，红外区▲氢原子线系赖曼系，紫外区巴尔末系，可见光区帕邢系，红外区布37三.氢原子的玻尔模型卢瑟福▲卢瑟福的原子模型原子将“崩塌”原子是不稳定的系统三.氢原子的玻尔模型卢瑟福▲卢瑟福的原子模型原子将“崩塌381.定态假设▲玻尔理论的基本假设2.频率条件

原子系统只能处于一些不连续而又稳定的能量状态(定态)定态中,电子作加速运动,但不辐射或吸收能量E1,E2,E3,…原子从一定态向另一定态跃迁时,辐射或吸收一光子的能量玻尔1.定态假设▲玻尔理论的基本假设2.频率条件原393.量子化条件电子作圆周运动时的角动量L等于h/2的整数倍量子数3.量子化条件电子作圆周运动时的角动量L等于h/2的整数40▲氢原子轨道半径和能量的计算

根据电子绕核作圆周运动的模型及角动量量子化条件可以计算出氢原子处于各定态时的电子轨道半径。——玻尔半径

电子处在半径为rn的轨道上运动时，可以计算出氢原子系统的能量En为能量是量子化的▲氢原子轨道半径和能量的计算根据电子绕核作圆周运动的模41——基态能级的定态称为受激态；时原子处于电离状态——基态能级的定态称为受激态；时原子处于电离状态42

根据氢原子的能级及玻尔假设，可以得到氢原子从能级En向Em跃迁时的辐射频率为与氢原子光谱经验公式相比，得1-73204m100973732×.18=e=chmeRR理论值与实验值符合得很好。根据氢原子的能级及玻尔假设，可以得到氢原子从能级En向43例.188页24-30？解:例.188页24-30？解:44量子理论的起源课件45例.188页24-32？解:(1)(2)4321abcdef例.188页24-32？解:(1)(2)4321abcd46量子理论的起源课件47例.188页24-33？解:例.188页24-33？解:48量子理论的起源量子理论的起源49一.热辐射任何物体在任何温度下都在向外发射电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征仅与温度有关。物体随温度升高时的颜色变化

T24.1黑体辐射和普朗克的量子假设一.热辐射任何物体在任何温度下都在向外发射电磁波，这种由于50▲影响物体热辐射的因素(1).材料同一温度下,不同材料的物体有不同的热辐射;(2).温度同一物体,温度越高,热辐射越强。★注意:1.物体在热辐射的同时，也在吸收周围物体发出的辐射能;吸收能力与物体的材料和表面状况有关;2.物体吸收辐射的能力随波长和温度而变化;3.高温物体辐射能>吸收能，导致物体温度下降。▲影响物体热辐射的因素(1).材料同一温度下,不同材料的物51二.有关辐射的物理量▲单色辐射本领(单色幅出度)

单位时间内，温度为T的物体单位面积上发射的波长在～+d范围内的辐射能dE与波长间隔d的比值单色幅出度与物体的温度和辐射波长有关二.有关辐射的物理量▲单色辐射本领(单色幅出度)52▲总幅出度单位时间内从单位面积上发射的各种波长的总辐射能总幅出度仅与物体的温度有关▲总幅出度单位时间内从单位面积上发射的各种波长的总辐射能总幅53三.黑体辐射▲黑体

有一类物体，不论组成成分，在相同的温度下，发射相同的光谱，其表面吸收所有的热辐射，无反射光。理想化模型煤灰体(99%)不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。黑体模型三.黑体辐射▲黑体有一类物体，不论组成成分54

对于给定温度T

，黑体的单色辐出度E(,T)有一最大值,其对应波长为m。黑体的辐出度按波长分布曲线▲维恩位移定律E(,T)O1700K1500K1300K1100K热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。对于给定温度T，黑体的黑体的辐出度按波长分布曲线▲维恩55曲线下的面积

黑体在一定温度T下的总幅出度▲斯特藩-玻耳兹曼定律E(,T)O1700K1500K1300K1100K曲线下的面积黑体在一定温度T下的总幅出度▲斯特藩-56四.普朗克量子假设考虑黑体单色幅出度E(,T)▲古典物理学的理论公式1.维恩公式短波区2.瑞利-金斯公式长波区四.普朗克量子假设考虑黑体单色幅出度E(,T)▲古典物57o实验值/μm维恩线瑞利--金斯线紫外灾难普朗克线12345678o实验值/μm维恩线瑞利--金斯线紫外灾难普朗克线1234558普朗克—普朗克常量2.普朗克能量子假设(1).辐射黑体由带电谐振子组成,谐振子的能量不连续,是某一最小能量单元0的整数倍n;—能量子(量子)(2).物体辐射或吸收能量时,其总能量只能是hv的整数倍.n—量子数▲普朗克能量子假设1.普朗克公式普朗克—普朗克常量2.普朗克能量子假设(1).辐射黑体由59例.188页24-16？解:例.188页24-16？解:60例.188页24-17？解:例.188页24-17？解:6124.2光电效应赫兹AVKA光电子光电流一.光电效应24.2光电效应赫兹AVKA光电子光一.光电62光强较强光电效应的伏安特性曲线光强较强光电效应的伏安特性曲线631.实验现象(1).入射光的光强及频率不变,加速电压U增加,光电流I增加;

且U增大到某一定值时,光电流达到饱和值Is;(2).加速电压U下降,光电流I也下降,但U=0时,仍有光电流;当U变负,U减小到某一定值Ua时,光电流为零;(3).用相同频率不同光强的光入射,光强增大,饱和电流增大;

但遏止电压Ua不变;遏止电压1.实验现象(1).入射光的光强及频率不变,加速电压64(4).用不同频率的光入射,频率越高,Ua越大;当v<v0时,若Ua=0,无光电流;(5).有光入射到电极上,马上有光电流.v0—截止频率/红限(4).用不同频率的光入射,频率越高,Ua越大;当v<v652.实验规律(1).饱和电流Is的大小与入射光强度成正比;即单位时间内,电极上放出的电子数与入射光的强度成正比;(2).光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关,频率越高,光电子的能量越大;(3).入射光的频率低于材料的红限v0,则无光电流;(4).光的照射与光电子的发射几乎同时.2.实验规律(1).饱和电流Is的大小与入射光强度成正比66二.爱因斯坦的光子理论爱因斯坦1.光电子的初动能应决定于入射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于光的频率。▲光的波动说的缺陷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。二.爱因斯坦的光子理论爱因斯坦1.光电子的初动能应决定于67▲光量子假设1.光是一束以光速运动的粒子流,粒子—光量子(光子);2.每一光子的能量=hv,不同的频率的光具有不同的能量.▲光电效应方程(爱因斯坦方程)

金属中的电子吸收了光子的能量hv,一部分用于克服金属的束缚A,另一部分转换为光电子的动能Ek逸出功▲光量子假设1.光是一束以光速运动的粒子流,粒子68▲对光电效应的解释1.光强增加光子数增多单位时间内放出的光电子数增多;

饱和电流(光电子数)与入射光的强度成正比2.光子能量<电子逸出功电子无法挣脱金属的束缚

v<v0时无光电流3.对于一定的金属,逸出功A为常数,光子频率越高,初动能越大;

初动能仅与频率有关,与光强无关4.电子全部吸收光子的能量,中间无需积累时间.

驰豫时间极短▲对光电效应的解释1.光强增加光子数增多单位69三.光的波粒二象性▲光子的静质量——运动质量三.光的波粒二象性▲光子的静质量——运动质量70▲光子的动量光既具有波动性,又有粒子性光在传播过程中,表现波动性(干涉,衍射等)光的粒子性光的波动性——

波粒二象性光在与物质相互作用时,表现波动性(光电效应,

康普顿效应等)▲光子的动量光既具有波动性,又有粒子性光在传播过程中,表现71四.光电效应的应用光电管光电倍增管四.光电效应的应用光电管光电倍增管7224.3康普顿效应一.康普顿效应的实验规律康普顿吴有训

X射线被较轻的物质散射时，散射谱线中除了有和入射线波长相同的成份外，还有波长较长的成份，两者的波长差与散射角有关，它们的强度满足一定的规律。24.3康普顿效应一.康普顿效应的实验规律康普顿吴有训731.实验装置康普顿实验装置示意图X光检测器X光管光阑散射物质晶体1.实验装置康普顿实验装置示意图X光检测器X光管光阑散射晶742.康普顿效应的实验规律(1).在固定散射角处观察,散射光中有入射波长0的成分,又有波长>0的成分;(2).改变散射角,波长差=-0及波长的光强均随角增大而增大,同时原波长0的光强减小;(3).同一散射角下,对所有散射物质,波长的偏移都相等;(4).对原子量小的物质,康普顿散射较强,对原子量大的物质,康普顿散射较弱.2.康普顿效应的实验规律(1).在固定散射角处观察,散75二.光子理论对康普顿效应的解释1.成分与0成分的解释光子与散射物质的电子弹性碰撞碰撞中光子的部分能量传给电子光子能量减小

频率降低波长变长光子与内层电子碰撞电子束缚紧

光子相当于与整个原子相碰原子质量大

光子方向改变,能量几乎不变波长不变2.原子量与散射强弱的关系原子序数大

内层电子数多0的强度增大散射较弱二.光子理论对康普顿效应的解释1.成分与0成分763.与

的关系静止00000nchphErrn=n=020==eepcmErnchphErrn=n=vmpmcEeerr==2能量和动量守恒定律3.与的关系静止00000nchphErrn=77——康普顿散射公式——康普顿波长

波长改变与散射物质无关,仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。——康普顿散射公式——康普顿波长波长改变与散射物质无关,78例.188页24-26？解:(1)(2)例.188页24-26？解:(1)(2)79例.188页24-27？解:例.188页24-27？解:80例.188页24-29？解:例.188页24-29？解:81量子理论的起源课件82一.氢原子光谱▲原子光谱(线状光谱)光谱仪分光后形成一系列光谱线，每一条光谱线对应一种波长▲原子光谱的特点1.一定元素的原子光谱包含了完全确定的波长成分,不同元素的光谱成分各不相同;2.每种元素的原子光谱中谱线按一定规律排列,组成线系