黑体辐射 普朗克能量子假设 光电效应 光的波粒二象性

大学物理学电子教案量子物理（1）16-1黑体辐射普朗克能量子假说黑体辐射及其规律普朗克假说普朗克黑体辐射公式黑体辐射的应用16-2光电效应光的波粒二象性光电效应的实验规律光子爱因斯坦方程光电效应的应用量子物理1、经典物理学的发展过程物理学经典物理现代物理力学热学电磁学光学相对论量子论非线性学习现代物理学发展史的重大意义：

1）科学家如何抓住机遇，克服困难，勇于突破传统观念束缚的创新思想和锲而不舍的探索精神，以及作为一个成功者所具有的高尚品德.

2）科学发展不是一帆风顺的，有成功也有失败，而且科学争论永远不断，正是不同学术观点之间的科学争论的不断产生和解决推动着人类科学认识的不断深入和发展.

科学对于人类事务的影响有两种方式：第一种方式是大家熟知的：科学直接的并在更大程度上间接地产生出完全改变人类生活的工具；第二种方式是教育的性质——它作用于心灵.——爱因斯坦16-1黑体辐射普朗克能量子假说量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.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.量子力学宏观领域经典力学现代物理的理论基础量子力学相对论量子力学微观世界的理论起源于对波粒二象性的认识一黑体黑体辐射热辐射任何物体在任何温度下都会发射不同频率的电磁波的现象为热辐射.物体在任何时候都存在发射和吸收电磁辐射的过程.实验证明热辐射具有如下规律:1.辐射能量按频率的分布随温度而不同.

2.不同物体在某一频率范围发射和吸收辐射的能力不同;同一物体在某一频率范围发射越强,吸收也越强.实验表明辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强.黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体.（黑体是理想模型）

1.单色辐射出射度

单位时间内从物体单位面积发出的频率在附近单位频率区间（或波长在附近单位波长区间）的电磁波的能量.单色辐射出射度单位：单色辐射出射度单位：定量研究热辐射的有关物理量2.辐射出射度（辐出度）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.

会聚透镜空腔小孔平行光管棱镜热电偶测量黑体辐射出射度实验装置二斯特藩—玻耳兹曼定律维恩位移定律（1）斯特藩—玻耳兹曼定律斯特藩—玻耳兹曼常数（2）维恩位移定律常数峰值波长0100020001.00.5

可见光区3000K6000K黑体单色辐出度实验曲线可见光6000K3000K0.51.00.51.0黑体单色辐出度实验曲线和关系例1（1）温度为室温的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一黑体单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内，其温度应为多少？（3）以上两辐出度之比为多少？解:（2）取（1）由维恩位移定律（3）由斯特藩—玻耳兹曼定律例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.解由维恩位移定律对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这种方法进行推测0123612345瑞利-金斯公式实验曲线*****************三黑体辐射的瑞利—金斯公式经典物理的困难瑞利-金斯公式紫外灾难四普朗克假设普朗克黑体辐射公式（1900年）普朗克常量能量子普朗克假设：金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量是量子化的（不连续）.普朗克黑体辐射公式带电谐振子吸收或发射能量为01236瑞利-金斯公式12345普朗克公式的理论曲线实验值****************

普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck，1858–1947）德国理论物理学家，量子论的奠基人.1900年12月14日他宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文，提出能量量子化的假设，并导出黑体辐射能量分布公式.劳厄称这一天是“量子论的诞生日”.

1905年爱因斯坦在能量量子化的启发下提出了光量子的假设,并成功解释了光电效应.量子观念在“非难”中得到发展.普朗克晚年对自己工作的评论:“我徒劳无益的使基本量子论和经典理论一致的企图继续了许多年花了我极大的精力，我的同行中的许多人几乎把这看成悲剧，但我对他的看法是不同的，因为我从这工作中得到的对我的想法的深刻的澄清，对我有极大的价值.现在我的确知道，作用量子的基本意义比我原来所想象的的要大得多.”诚实、严谨的科学态度一光电效应实验的规律VA（1）实验装置光照射至金属表面,电子从金属表面逸出,称其为光电子.（2）实验规律截止频率（红限）

几种纯金属的截止频率仅当才发生光电效应，截止频率与材料有关与光强无关.金属截止频率4.5454.398.06511.53铯钠锌铱铂19.2916-2光电效应光的波粒二象性电流饱和值遏止电压

瞬时性遏止电势差与入射光频率具有线性关系.当光照射到金属表面上时，几乎立即就有光电子逸出（光强）遏止电压与光强无关铯锌铂按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止.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,只要其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属.与实验结果不符.二光子爱因斯坦方程（1）“光量子”假设光子的能量为（2）解释实验爱因斯坦方程逸出功与材料有关对同一种金属，

一定，，与光强无关几种金属的逸出功金属钠铝锌铜银铂1.90~2.462.50~3.603.32~3.574.10~4.504.56~4.736.30逸出功爱因斯坦方程产生光电效应条件条件（截止频率）光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子数目越多，光电流越大.（时）光子射至金属表面，一个光子携带的能量将一次性被一个电子吸收，若，电子立即逸出，无需时间积累（瞬时性）.（3）的测定爱因斯坦方程遏止电势差和入射光频率的关系

例设有一半径为的薄圆片，它距光源1.0m.此光源的功率为1W，发射波长为589nm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*三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.光电倍增管放大器接控件机构光光控继电器示意图四光的波粒二象性描述光的粒子性描述光的波动性光子

相对论能量和动量关系（2）粒子性：（和物质相互作用时）（1）波动性：光的干涉和衍射（传播时）解（1）（2）（3）例波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.求（1）这种光的光子能量和动量；（2）光电子逸出钠()表面时的动能；（3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？小结黑体辐射普朗克能量子假说黑体黑体辐射斯忒藩玻耳兹曼定律维恩位移定律黑体辐射的瑞利—金斯公式经典物理的