量子物理第1讲——热辐射量子性 光二象性.pptVIP

* 量子物理第1讲 ——热辐射的量子性 光的二象性 主要内容 一、热辐射的量子性 二、光的二象性 一、热辐射的量子性 在任一时间间隔内，物体向外发射的电磁波能量与它从外界吸收的电磁波能量相等。 量 子 物 理 1、热辐射 宏观物体由大量微观粒子（原子、分子或离子）构成，这些微小的带电谐振子系统向外辐射各种波长的电磁波，电磁波的能量及其按波长的分布都与物体的温度有关。 与物体的温度有关的电磁辐射称为热辐射。 a) 平衡热辐射 物体的温度保持不变。 b) 单色辐出度和辐射出射度 单色辐出度： 单位时间内，温度为 的物体单位面积发射的波长为 ~ 的辐射能 与 之比： 辐射出射度： 单位时间内，温度为 的物体 , 单位面积发射的各种波长的总辐射能（简称辐出度）： 与黑体的组成材料无关。 c) 黑体 任何温度下能完全吸收任何波长的电磁波，而不反射或透射。 所有黑体的辐射规律相同： (i) 仅是 和 的函数； (ii) 仅是 的函数 . 其中 2、黑体辐射的实验定律 a) 斯特藩 — 玻耳兹曼定律 斯特藩常量： b) 维恩位移定律 在温度为 时， 有一最大值，对应的波长 与 满足： 低频部分符合较好，紫波段严重偏离实验 3、黑体辐射公式 普朗克量子假说 a) 维恩公式 维恩 (1893) 分析实验数据得出经验公式： 高频部分符合较好，长波段偏离明显。 b) 瑞利 — 金斯公式 瑞利和金斯 (1900) 根据经典电磁理论和统计物理学得出理论公式： ( 紫外灾难 )。 实验结果 维恩 瑞利－金斯 (Nobel ,1911) 则得到黑体平衡热辐射公式： c) 普朗克公式 普朗克 (1900)：瑞利 –金斯公式 + 维恩经验公式 + 实验曲线 与当时最精确的实验数据符合得非常好的经验公式： Why ? ? ? d) 普朗克量子假说 假设： (1) 谐振子的能量取值只可能是某一最小能量单元 的整数倍，即： (2) 频率为 的谐振子， 最小能量单元为： (Nobel , 1918) 量子假说是人类认识的又一次飞跃，开创了物理学及许多学科研究的新局面。 大小为： 只能取不连续值的现象称为能量量子化； 称为量子数； 称为能量子(量子)； 称为普朗克常量， 该公式完全符合实验， 时导出维恩公式， 时导出瑞利 — 金斯公式。 是量子性的表征，只有在微观领域才存在不连续性，但许多宏观现象必须由微观过程的不连续性给出最终解释。 二、光的二象性 1、光电效应 T： 真空玻璃管 K： 阴极 A： 阳极 光电效应： 当光照射到金属表面时，金属中有电子逸出的现象。 光电子、 光电流、 金属的逸出功 - + K A T . . . . . . - + G V R K1 K2 . . . . . . . . 饱和电流 随电压 的增大，保持稳定而不再增大时的光电流。 光电流为零时所加的反向电压。 表明逸出阴极的光电子有初动能。 遏止电压 设电子从阴极逸出时的最大速率为 则 光电效应的实验规律： (1) 与入射光强成正比。 (2) 存在 当 时， 随 的增大而线性增大，与光强无关； 当 时，不可能产生光电流。 称为红限频率或截止频率。 (3)只要 光电子几乎与光照的同时发生，滞后不超过 与光强无关。 (3)入射光很弱时，电子必须经较长时间吸收和 积累足够的电磁波能量才能逸出。 2、经典理论的困难 (1) 饱和光电流与入射光强成正比， 可解释。哈！哈！哈！ 根据经典理论分析： (2) 随光强增大而增大，不受频率的限制。 哈？哈？哈？ 唉 … 唉… … 唉！ 3、爱因斯坦光量子假说 Einstein (1905)： 光是一种在真空中以速度 运动的粒子流 ( 这种粒子称作光量子，简称光子)。 每个光子的能量： 光子的质量： 静止质量： 运动质量： 光子动量： 光子入射金属