試驗曲線普朗克常數(shù)PPT課件

1、單色輻出度單色輻出度 - 在一定溫度在一定溫度T 下，物體單位表面在單位時間下，物體單位表面在單位時間內(nèi)發(fā)射的波長在內(nèi)發(fā)射的波長在 +d 范圍內(nèi)的輻射能與波長范圍內(nèi)的輻射能與波長間隔的比值，間隔的比值， 即即 d)(d)(TMTM)(TM 熱輻射的特點: :(1)(1)連續(xù)連續(xù)(2)(2)溫度越高溫度越高, ,輻射越強輻射越強(3)(3)頻譜分布隨溫度變化頻譜分布隨溫度變化(4)(4)物體的輻射本領(lǐng)與溫度、材料有關(guān)；物體的輻射本領(lǐng)與溫度、材料有關(guān)； 輻射本領(lǐng)越大，吸收本領(lǐng)也越大。輻射本領(lǐng)越大，吸收本領(lǐng)也越大。 第1頁/共25頁1 1、黑體輻射、黑體輻射絕對黑體(黑體)：能夠全部吸收各種波長的輻

2、射且不反射能夠全部吸收各種波長的輻射且不反射 和透射的物體。和透射的物體。黑體輻射的特點 ： 與同溫度與同溫度其它物體其它物體的熱輻射相比，的熱輻射相比，黑體熱輻射黑體熱輻射本領(lǐng)本領(lǐng)最強最強 煤煙煤煙 約99%黑體模型黑體模型黑體熱輻射黑體熱輻射溫度溫度材料性質(zhì)材料性質(zhì)第2頁/共25頁2 2、經(jīng)典物理的解釋及普朗克公式、經(jīng)典物理的解釋及普朗克公式MB 瑞利 金斯公式(1900年)維恩公式(1896年)121)(25 kThcBehcTM 普朗克公式(1900年)實驗曲線實驗曲線普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) h = 6.62610-34 Js （為得到這一公式，普朗克提出（為得到這一公式，普朗克提出了能

3、量量子化假設(shè)）了能量量子化假設(shè)）第3頁/共25頁電磁波u 普朗克能量子假設(shè) 若諧振子頻率為若諧振子頻率為 v ，則其能量是，則其能量是hv , 2hv, 3hv , , nhv , 首次提出微觀粒子首次提出微觀粒子的的能量是量子化的，打破了經(jīng)典物理學(xué)中能量是量子化的，打破了經(jīng)典物理學(xué)中能量能量連續(xù)的連續(xù)的觀念。觀念。普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) h = 6.62610-34 Js 腔壁上的原子腔壁上的原子(諧振子諧振子)能量與腔內(nèi)電磁場交換能量時，諧振子能與腔內(nèi)電磁場交換能量時，諧振子能量的變化是量的變化是 hv (能量子能量子) 的整數(shù)倍的整數(shù)倍. 意義打開了人們認(rèn)識微觀世界的大門打開了人們認(rèn)識微觀

4、世界的大門, ,在物理學(xué)發(fā)展史上起了劃時代的作用在物理學(xué)發(fā)展史上起了劃時代的作用. .第4頁/共25頁伏安特性曲線伏安特性曲線1 1、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(1) 飽和電流 iS (2) 遏止電壓 Ua iS :單位時間 陰極產(chǎn)生的光電子數(shù)amUme221v I（I, v)AKU13.1.2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 愛因斯坦光子假愛因斯坦光子假說說iS3iS1iS2I1I2I3-UaUiI1I2I3 Ua光電子最大初動能和光電子最大初動能和 成線性關(guān)系成線性關(guān)系遏止電壓與頻率關(guān)系曲線遏止電壓與頻率關(guān)系曲線和和v 成成線線性性關(guān)關(guān)系系i(實驗裝置示意圖實驗裝置示意圖) 0A)(oaKU

5、)(o(3) 截止頻率 0(4) 即時發(fā)射:遲滯時間不超過遲滯時間不超過 10-9 秒秒第5頁/共25頁u 經(jīng)典物理與實驗規(guī)律的矛盾 電子在電磁波作用下作受迫振動，直到獲得足夠能量電子在電磁波作用下作受迫振動，直到獲得足夠能量(與與 光強光強 I 有關(guān)有關(guān)) 逸出，不應(yīng)存在紅限逸出，不應(yīng)存在紅限 0 。 當(dāng)光強很小時，電子要逸出，必須經(jīng)較長時間的能量積累。當(dāng)光強很小時，電子要逸出，必須經(jīng)較長時間的能量積累。 只有光的頻率只有光的頻率 0 時，電子才會逸出。時，電子才會逸出。 逸出光電子的多少取決于光強逸出光電子的多少取決于光強 I 。 光電子即時發(fā)射，滯后時間不超過光電子即時發(fā)射，滯后時間不超

6、過 109 秒秒。r 總結(jié) 光電子最大初動能和光頻率光電子最大初動能和光頻率 成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 光電子最大初動能取決于光強，和光的頻率光電子最大初動能取決于光強，和光的頻率 無關(guān)。無關(guān)。第6頁/共25頁2 2、愛因斯坦光子假說和光電效應(yīng)方程、愛因斯坦光子假說和光電效應(yīng)方程 光是光子流光是光子流 ，每一光子能量為，每一光子能量為 h ，電子吸收一個光子電子吸收一個光子2m21vmAh（A A 為為逸逸出功）出功） 單位時間到達(dá)單位垂直面積的光子數(shù)為單位時間到達(dá)單位垂直面積的光子數(shù)為N，則光強，則光強 I = Nh . I 越強越強 , 到陰極的光子越多到陰極的光子越多, 則則逸逸出的光電

7、子越多。出的光電子越多。 電子吸收一個光子即可逸出，不需要長時間的能量積累。電子吸收一個光子即可逸出，不需要長時間的能量積累。 光頻率光頻率 A/h 時，時，電子吸收一個光子即可克服逸出功電子吸收一個光子即可克服逸出功 A 逸出逸出 ( o= A/h) 。r 結(jié)論 光電子最大初動能和光頻率光電子最大初動能和光頻率 成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 第7頁/共25頁一銅球用絕緣線懸掛于真空中，被波長為 =150 nm 的光照射。已知銅的逸出功為 4.5eV 。銅球失去電子后帶正電，電勢升高，使束縛電子的勢壘也升高，設(shè)銅球表面的電勢為U ，逸出電子的速度為v ，銅的逸出功為A，愛因斯坦光電效應(yīng)方程為逸出電

8、子的最大動能為零時，銅球電勢達(dá)最高U max，有AUmhe212vAUhmaxeAUchmaxeemaxAchU)V(8 . 3eeV)5 . 43 . 8(解例銅球因失去電子而能達(dá)到的最高電勢。求第8頁/共25頁chchm2hchcmp光子動量13.1.3 光（電磁輻射）的波粒二象性hcmE2光子能量光子質(zhì)量粒子性波動性r 光電效應(yīng)的應(yīng)用 光電管: 光電開關(guān)光電開關(guān), , 紅外成像儀紅外成像儀, ,光電傳感器等光電傳感器等光電倍增管: ( (微光微光) )夜視儀夜視儀第9頁/共25頁測量波長在測量波長在 2001200 nm 極微弱光的功率極微弱光的功率光電倍增管光電倍增管第10頁/共25頁

9、 0 0 v 散射線中有兩種波長散射線中有兩種波長 0 0 、 ，0隨散射角隨散射角 的增大而增大。探測器 013.1.4 康普頓效應(yīng)X 光管光闌散射物體(實驗裝置示意圖）實驗裝置示意圖）v 散射物體不同，散射物體不同， 0 0 、 的強度比不同。的強度比不同。第11頁/共25頁1 1、經(jīng)典物理的解釋、經(jīng)典物理的解釋v 經(jīng)典理論只能說明波長不變的散射，而經(jīng)典理論只能說明波長不變的散射，而不能不能說明說明康普頓散射康普頓散射電子受迫振動同頻率散射線發(fā)射 單色電磁波受迫振動受迫振動v000 00 照射散射物體第12頁/共25頁2 2、光子理論的解釋、光子理論的解釋能量、動量守恒能量、動量守恒(1)

10、 入射光子與外層電子彈性碰撞 外層外層電子電子受原子核束縛較弱受原子核束縛較弱動能動能光子能量光子能量 近似自由近似自由近似靜止近似靜止靜止靜止 自自由由 電子電子sinsincoscos0vvmchmchch2200mchcmh0hh20cm2mcch0chvm0第13頁/共25頁sinsincoscos0vvmchmchch2200mchcmh)cos2(02202222 hcm v2002)(cmhmc)cos1 ()(0020hcm2sin2)cos1 (2000ccmhccnm 0024. 0/0cmhc（電子的康普頓波長）（電子的康普頓波長）其中其中第14頁/共25頁(2) X 射

11、線光子和原子內(nèi)層電子相互作用光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子，碰撞時光子不損失能量，波長不變。光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子，碰撞時光子不損失能量，波長不變。自由電子000內(nèi)層電子被緊束縛，光子相當(dāng)于和整個原子發(fā)生碰撞。內(nèi)層電子被緊束縛，光子相當(dāng)于和整個原子發(fā)生碰撞。光子光子內(nèi)層電子內(nèi)層電子外層電子外層電子波長變大的散射線波長變大的散射線波長不變的散射線波長不變的散射線v 波長變化r 結(jié)論2sin220cmh 原子第15頁/共25頁v 強度變化 波長波長 0 輕物質(zhì)（多數(shù)電子處于弱束縛狀態(tài)輕物質(zhì)（多數(shù)電子處于弱束縛狀態(tài) ）弱弱強強重物質(zhì)（多數(shù)電子處于強束縛狀態(tài)重物質(zhì)（多數(shù)電子處于強束縛狀態(tài) ）強強弱弱吳吳有有訓(xùn)訓(xùn)實實驗

12、驗結(jié)結(jié)果果第16頁/共25頁例 0 = 0.02nm 的X射線與靜止的自由電子碰撞, 若從與入射線 成900的方向觀察散射線。 求 (1) 散射線的波長; (2) 反沖電子的動能; (3) 反沖電子的動量。解 (1) 散射散射線的波長: )cos1 (0cmhnm 0024. 0/0cmhcnm 0224. 00(2) 反沖電子的動能反沖電子的動能: hhEk0hchc0eV106.8J1008. 1315(3) 反沖電子的動量：反沖電子的動量：hep0h22011hpem/skg105 . 4231842arctan0第17頁/共25頁1 1、氫原子光譜的實驗規(guī)律、氫原子光譜的實驗規(guī)律記錄氫

13、原子光譜的實驗原理記錄氫原子光譜的實驗原理13.1.3 原子結(jié)構(gòu)與原子光譜氫放電管23 kV光闌全息干板 三棱鏡（或光柵）光光 源源氫原子線狀光譜（攝譜儀）（攝譜儀）第18頁/共25頁)11(122nkRH（氫光譜的里德伯常量）（氫光譜的里德伯常量） (3) k = 2 (n = 3, 4, 5, ) 譜線系譜線系 賴曼系賴曼系 （1908年）年）(2) 譜線的譜線的波數(shù)波數(shù)可表示為可表示為 k = 1 (n = 2, 3, 4, ) 譜線系譜線系 巴耳末系（巴耳末系（1880年）年）(1) 分立線狀光譜分立線狀光譜v 實驗規(guī)律（氫原子的巴耳末線系）（氫原子的巴耳末線系）v 經(jīng)典理論的困難17

14、m 108 775 096. 1實驗HR第19頁/共25頁hEEnk|(2) 躍遷假設(shè)nkEE2 2、玻爾的氫原子理論、玻爾的氫原子理論(1) 定態(tài)假設(shè)原子從一個定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，原子從一個定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會發(fā)射或吸收一個光子，頻率會發(fā)射或吸收一個光子，頻率穩(wěn)穩(wěn)定定狀狀態(tài)態(tài) 這些定態(tài)的能量不連續(xù)這些定態(tài)的能量不連續(xù) 不輻射電磁波不輻射電磁波 電子作圓周運動電子作圓周運動v（定態(tài)）（定態(tài)）2hnrmLv(3) 角動量量子化假設(shè) 軌道軌道角動量角動量第20頁/共25頁r2=4r1r2=9r1vr向心力是庫侖力向心力是庫侖力 220241rermv由上兩式得由上兩式得, 第第 n 個定態(tài)的軌道

15、半徑為個定態(tài)的軌道半徑為 , 3 , 2 , 1)(122202nrnmehnrnnm 0529. 01r2120202814121nEreremEnnnvl 能量量子化能量量子化-13.6 eV玻爾半徑玻爾半徑l 軌道半徑量子化：軌道半徑量子化： 第21頁/共25頁En ( eV)氫原子能級圖氫原子能級圖賴曼系賴曼系k=1巴耳末系巴耳末系k=2帕邢系帕邢系k=3布拉開系布拉開系k=4-13.6-1.51-3.39021nEEnhEEknnk光頻光頻n = 1n = 2n = 3n = 4n = 5n = 6122)11(Ekn2211)1()12(nnEnEEEnn第22頁/共25頁cnknknk1l 波數(shù)波數(shù)(與實驗對比與實驗對比)17m 108 775 096. 1實驗HR當(dāng)時實驗測得當(dāng)時實驗測得)11()11()(122221nkRnkhcEEEhcHkn理論17m 101 373 097. 1理論HR其中計算得到其中計算得到第23頁/共25頁(1) 成功地把氫原子結(jié)構(gòu)和光譜線結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來成功地把氫原子結(jié)構(gòu)和光譜線結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來, 從