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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,7.2,维恩公式和瑞利金斯公式,普朗克,量子理论,能量子假说,光电效应 光子,7.5,康普顿效应,的量子解释,7.6,波粒二象性,7.1,单色辐射出射度和,吸收比基尔霍夫定律,相对论测定光速,量子论黑体辐射、光电现象,光学发展：微粒说,波动说,波粒二象性,二十世纪物理学的重大革命，起始于一些当时,无法解释的光学现象。,7.1,单色辐射出射度和,吸收比 基尔霍夫定律,热辐射和发光,热辐射: 热运动能量转变为光能向外辐射的过程,(辐射源不发生内部状态的变化),平衡热辐射,(,温度辐射,)从外界吸收的热量,等于辐射减少的热运动能量。辐射体温度不变,发光：辐射源内部状态发生变化向外辐射光能的过程,电致发光,光致发光,化学发光,热致发光,物体表面单位面积在单位频率间隔内,辐射的功率。,辐射出射度,物体表面单位面积辐射的功率。,（,单色,幅出度）,7.1.2,单色辐射出射度和,吸收比,dW,表示,照射到温度为T的物体的单位面积上、,频率在,+d范围内的辐射能 。,dW ,表示,温度为T的物体单位面积所吸收的,频率在,+d范围内的辐射能。,普适函数与材料无关,与材料有关。,7.1.3,基尔霍夫定律,物体的,单色辐射出射度和单色吸收比的比值与,物体的性质无关，只与温度和波长有关,7.2.1,黑体,黑体在任何温度状态下、全部吸收任何波长的电磁波。,基尔霍夫定律,普适常数就是黑体的单色幅出度。,由,黑体,同样温度下，黑体的辐射最大,绝对黑体不存在，黑体模型,曲线图（如右图）,T=6000k,T=5000k,T=3000k,可见光,黑体是否一定是黑的？ 黑色物体是否就是黑体？,7.2,维恩公式和瑞利金斯公式,（1）斯特藩玻尔兹曼定律,斯特藩玻尔兹曼,常数, = 5.6703210,-8,w/(m,2,K,4,),（2）维恩位移定律,黑体的幅出度,b= 2.897810,-3,mK,两个实验定律,有一极大值，所对应的波长：,随着温度的升高，极值波长向短波方向移动,斯特藩玻尔兹曼定律和维恩位移定律,经典辐射定律有局限性,维恩公式（热力学）,瑞利金斯定律（能量均分定理）,k= 1.3810,-23,J/K,紫外灾难,玻尔兹曼,常数,维恩线,瑞利金斯线,7.2,维恩公式和瑞利金斯公式,例：,P266,1）. 已知,求表面温度,由维恩位移定律,2）已知,2,10,8,10,6,km,物体表面单位面积辐射的功率。,太阳辐射的总功率：,E,：地面单位面积接受的辐射功率,1900年，普朗克提出一个假设：（实用主义解释实验，,但由此步入量子化，有质的飞跃。）,h= 6.62617610,-34,Js,普朗克常数,E,0,2E,0,吸收外来辐射,2E,0,E,0,辐射能量,辐射体由各种振动频率的谐振子组成，辐射能量连续。,谐振子振动频率,3.,谐振子从一个能量状态到另一个能量状态,2.每个谐振子能量不连续变化，只能处于某些分立的能量,状态。最小的能量单位,E,0,即为能量子。,E,0,，2E,0,，3E,0,，,普朗克,量子理论,能量子假说,每个振子平均能量为：,普朗克黑体辐射公式为：,由普朗克假设，并根据玻耳兹曼分布,振子处在温度,T,、能量,E= nE,0,状态的概率,普朗克公式:,结果：1. 与实验曲线完全相符合,2.,短波时，,小,相当于维恩公式,长波时，,大,相当于瑞利金斯公式,3. 计算,常数,与实验定律一致,求极值,系数,b,与实验定律一致,反之，从实验测,和 b，由,普朗克公式推得h和k，其值,与其它实验结果一样，,说明,普朗克公式有其正确方面。,实现从经典,量子的过渡。,7.4.1,光电效应的实验规律,光电效应电子在光的作用下从金属表面发射出来的现象,逸出来的电子称为光电子,实验装置,V,I,V,g,I,m,I-V的实验曲线,普朗克：振子辐射能量量子化，但辐射场是连续的电磁波,1905年爱因斯坦研究光电效应,电磁场以量子的形式存在,G,V,光电效应 光子,1) 饱和电流,I,m, 入射光强,I,。,2) 遏止电压U,o,与入射光频率有关，与,I,。,无关。,3) 入射光频率, ,0,，不管,I,。多弱，一照上去，,就有光电流产生。,1.光电效应的实验规律:,U,I,U,o,I,m,光电子的最大初动能= eU,o,可见，电子的最大动能：,1),照射光愈强，逸出表面的电子数多，当电压足够大时，,全部电子到达阳极，,7.4.2,光的波动理论困难,w,：逸出功(,自由电子脱出金属表面所需能量）,用波动理论解释光电效应:,w,:,自由电子运动到金属表面的能量,电子从光波获得的能量,所以饱和电流,Im, 入射光强,I,。,2),照射的光强，接受的能量愈多，,U,o,应与光强有关，实际却与光的频率有关。,矛盾,3),照射时间长，积累能量多，只要照射足够长时间，总会,有电子逸出，有电流。实际却是若,入射光频率, ,0,，不管,I,。多弱，一照上去，,就有光电流产生。,矛盾,7.4.4,光电效应,的量子解释,1. 光子假设,普朗克：吸收、辐射是分立的，电磁波是连续的；,即振子能量量子化，而辐射场仍作连续的。,爱因斯坦：光在传播过程中具有波动性，而在与物质相互,作用过程中，能量集中在光（量）子上。,每个光子能量：,发射和吸收能量时，以一个光子为最小单位,辐射频率,h,普朗克常数,2. 光电效应方程,光子能量,逸出功,光电子最大动能,一个电子吸收一个光子能量，一对一吸收,1)入射光强,I,0,N h,，,逸出光电子数,n, N,，当电压足够大时，全部电子到达阳极，饱和电流,I,m,=ne,入射光强,I,。,2),频率高，,遏止电压V,0,大,3,)频率高,能量,h,大，只有在,h, W,才会有电子逸出。,4,)只要,h, W,，不管入射光多弱，有一个光子，就会有,电子逸出，无需时间积累。,0,=,c/,0,：,红限波长,截止频率,4. 实验验证,1916年，密立根用“接触电势差”替代“阳极、阴极”，,实验上证实了爱因斯坦假设。,-W/e,0,U,0,密立根获,1923年诺贝尔奖,光子,1. 相对论的质量和能量公式,m,0,：静止质量,（1）,（2）质能公式,静止能量,光子是一种粒子，但它不同于微粒，具有波粒二象性,波动性：,，,粒子性：质量（,m,），动量（,p,),粒子总能量,动能,适用于,0,的波长；,2.,=-,0, ，；,3.,与散射物质以及入射波长无关，只跟,有关。,，I,s,(,0,) ,I,s,() ,I,s,(,0,)随散射物质的原子序数的增加而增大；,I,s,()随散射物质的原子序数的增加而减小。,X光管,散射物质,X光分光计,检测器,0,1923年发现此现象,1927年,康普顿获,诺贝尔奖,康普顿效应及,实验规律,无法用波动理论解释,7.5,康普顿效应,的量子解释,光子与散射原子中电子的弹性碰撞过程,能量守恒,动量守恒,由余弦定理，得,康普顿波长,7.5.1,康普顿现象的量子解释,（式中的,m,是指电子的质量）,说明：1. 能解释实验现象中，,，并与散射物质,以及入射波长无关。,2.,c,=0.00241nm 与实验测得的结果一致。,3. 在可见光范围，,/10,-5,，可忽略，表现经典,散射.X射线， 0.1nm ,/10,-2,，显示量子性,4. 实际散射物质中，存在束缚电子，看成光子与,原子,碰撞，,0，散射光中有原波长,0,。,原子序数增大，,束缚电子,增,多，,散射光中的,I,s,(,0,)增大。,德布罗意波提出假设：,一切实物粒子都具有波粒二象性。,由光具有波粒二象性，,戴维孙、革末用实验证实了德布罗意的假设。,德布罗意波长：,G,0,单晶M,K,D,德布罗意1929年获,诺贝尔奖,7.6,波粒二象性,v,例7-4 p279,电子加速电压90kv，如果要观察到数量级为10,-9,cm的,分子结构，显微镜的数值孔径应为多大？,解：,
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