早期量子論和量子力學(xué)的準(zhǔn)備詳解演示文稿

1、早期量子論和量子力學(xué)的準(zhǔn)備詳解演示文稿第一頁(yè)，共三十四頁(yè)。（優(yōu)選）早期量子論和量子力學(xué)的準(zhǔn)備第二頁(yè)，共三十四頁(yè)。3量子力學(xué) 黑體輻射光電效應(yīng)氫原子光譜 康普頓效應(yīng)應(yīng)經(jīng)典物理學(xué)第三頁(yè)，共三十四頁(yè)。量子力學(xué)的誕生 三個(gè)實(shí)驗(yàn)（1）黑體輻射 （2）光電效應(yīng)（3）原子光譜三個(gè)飛躍（1）普朗克能量子假說(shuō)（2）德布羅意物質(zhì)波假設(shè) （3）薛定諤方程與 玻恩概率波解釋第四頁(yè)，共三十四頁(yè)。51905年 愛(ài)因斯坦 光量子假說(shuō)1910年 盧瑟福 原子有核模型1913年 波爾 氫原子光譜規(guī)律原子及量子概念1924年 德布羅意 物質(zhì)波，波粒二象性1925年 海森伯 矩陣力學(xué)1926年 薛定諤 波動(dòng)力學(xué) 量子力學(xué)理論192

2、7年 海森伯 測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系 波恩 波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋 狄拉克 相對(duì)論量子力學(xué)量子力學(xué)理論1900年 普朗克 能量子（舊量子論）A、 舊量子論的形成（沖破經(jīng)典量子假說(shuō)）B、量子力學(xué)的建立（嶄新概念）C、量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展（應(yīng)用、發(fā)展）第五頁(yè)，共三十四頁(yè)。 熱輻射 普朗克量子假說(shuō)第六頁(yè)，共三十四頁(yè)。一、 熱輻射的基本概念1）輻射出射度 (輻出度) - M 溫度為T(mén)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上所輻射出來(lái)的各種頻率電磁波能量的總和 2) 單色輻射出射度（單色輻出度）熱輻射：物體發(fā)出的各種電磁波的能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射現(xiàn)象。 溫度為T(mén)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上所輻射出來(lái)的，波

3、長(zhǎng)在附近，單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的電磁波能量。第七頁(yè)，共三十四頁(yè)。式中 dM 是頻率在 +d 范圍內(nèi)單位時(shí)間從物體表面單位面積上輻射的電磁波能量3）單色吸收比（光譜吸收比） 和單色反射比（光譜反射比） 物體在溫度T，吸收和反射頻率d范圍內(nèi)電磁波能量與相應(yīng)頻率入射電磁波能量之比對(duì)于不透明物體： + =11）輻射出射度 (輻出度) - M 2) 單色輻射出射度（單色輻出度） （光譜輻射出射度）單位：W/(m2.Hz)第八頁(yè)，共三十四頁(yè)?；鶢柣舴蚨▉艉秃隗w2）黑體 若一個(gè)物體在任何溫度下，對(duì)于任何波長(zhǎng)入射輻射能的吸收比都等于 1,則稱它為絕對(duì)黑體 黑體即, 1）基爾霍夫定侓：普適函數(shù)第九頁(yè)，共三十四頁(yè)。人造

4、絕對(duì)黑體模型 封閉空腔的小孔絕對(duì)黑體的單色輻出度- 研究熱輻射的中心問(wèn)題吸收發(fā)射第十頁(yè)，共三十四頁(yè)。11熱輻射溫度不同時(shí) 輻射的波長(zhǎng)分布不同是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過(guò)程逐漸升溫火爐600度1000度400度熱輻射及其定量描述由于分子熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致物體輻射電磁波熱輻射過(guò)程的實(shí)質(zhì)是物體向外輻射電磁波輻射能熱輻射譜是連續(xù)的；平衡熱輻射；只要T 0 K，就有熱輻射；第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)曲線可見(jiàn)光區(qū)0M 實(shí)驗(yàn)裝置黑體準(zhǔn)直系統(tǒng)三棱鏡測(cè)量系統(tǒng)透鏡加熱器黑體輻射的實(shí)驗(yàn)研究第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)。黑體輻射的基本規(guī)律1）斯特藩玻耳茲曼定律斯特藩常數(shù)2）維恩位移定律 黑體輻射出的光譜中輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng) m 與黑

5、體溫度 T 之間滿足關(guān)系維恩常數(shù)或第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)。14瑞利- 金斯線 為解釋黑體輻射規(guī)律，1900年瑞利和金斯用能量均分定理和電磁理論導(dǎo)出一個(gè)公式：黑體輻射的瑞利金斯公式 經(jīng)典物理的困難該公式只適用于長(zhǎng)波段, 而在短波段（紫外區(qū)）與實(shí)驗(yàn)不符。 -紫外災(zāi)難普朗克線1900.12.14 普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式M.Planck 普朗克常數(shù)維恩線第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)。1515普朗克常數(shù)- h 是一個(gè)普適常數(shù)普朗克能量子假定： 振子的能量不連續(xù)。 E = n ， n = 1, 2 , 3. = h- 能量子基本物理思想： 輻射黑體中的分子、原子可看作線性諧振子 振動(dòng)時(shí)向外輻

6、射能量（也可吸收能量） 物體發(fā)射或吸收電磁輻射時(shí) 交換能量的最小單位是“能量子” = h二、普朗克量子假設(shè)：第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)。普朗克的思想是完全背離經(jīng)典物理，受到當(dāng)時(shí)許多人的懷疑和反對(duì)，包括當(dāng)時(shí)的物理學(xué)泰斗-洛侖茲。乃至當(dāng)時(shí)普朗克自已也想以某種方式來(lái)消除 這一關(guān)系式。他寫(xiě)道：我試圖將 h 納入經(jīng)典理論的范圍，但這樣的嘗試都失敗了，這個(gè)量非常頑固，后來(lái)他又說(shuō)：普朗克的能量子假說(shuō)導(dǎo)致了量子力學(xué)的產(chǎn)生，普朗克也成為量子力學(xué)的奠基人，于1918年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。1900年12月14日成為量子物理的誕生日在好幾年內(nèi)我花費(fèi)了很大的勞動(dòng)，徒勞地去嘗試如何將作用量子引入到經(jīng)典理論中去。但我從這種深入剖析中也

7、獲得了極大的好處，我終于確切地知道能量子 將在物理中發(fā)揮出巨大作用。1900年12月14日普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)的例會(huì)上以題為“關(guān)于正常譜中能量分布定律的理論”條理清晰地推導(dǎo)和論證了他得到的黑體輻射公式。第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)。光電效應(yīng)第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)。18實(shí)驗(yàn)裝置：GD為光電管，光通過(guò)石英窗口照射陰極K，光電子從陰極表面逸出。 光電子在電場(chǎng)加速下向陽(yáng)極A 運(yùn)動(dòng)，形成光電流。實(shí)驗(yàn)規(guī)律如下：ARiVAKGDI光電效應(yīng)光照射某些金屬時(shí)能從表面釋放出電子的效應(yīng)。產(chǎn)生的電子稱為光電子。 改變A，K幾間的電勢(shì)差VAK，可測(cè)的光電流I 隨VAK的變化關(guān)系(伏安特性曲線)一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第十八頁(yè)，共三

8、十四頁(yè)。191. 光電流和入射光強(qiáng)度關(guān)系 入射光頻率一定時(shí)，飽和光電流強(qiáng)度 im與入射光強(qiáng)度成正比。伏安特性曲線2. 光電子的初動(dòng)能和入射光頻率的關(guān)系與頻率 有關(guān)，存在紅限頻率Va0CsNaCa截止電壓Va與光強(qiáng) I 無(wú)關(guān),K常數(shù)；V0與材料有關(guān)。3. 光電效應(yīng)和時(shí)間的關(guān)系 光電轉(zhuǎn)換時(shí)間極短 0 稱為康普頓散射=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o（A）.2、散射曲線的三個(gè)特點(diǎn):c =2.4110-3nm（實(shí)驗(yàn)值）1). 波長(zhǎng)改變量（0）隨散射角而異稱為Compton波長(zhǎng)新波長(zhǎng) 散射角 散射角 ，I0 ，I 第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)。(1) 與散射物質(zhì)無(wú)關(guān), 僅與散射角有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明 輕元素

9、重元素(2)2). 對(duì)同一散射角，原子量較小的物質(zhì)散射強(qiáng)度大， 但波長(zhǎng)改變量（0） 相同。 經(jīng)典電磁理論預(yù)言，散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率 . 經(jīng)典理論無(wú)法解釋波長(zhǎng)變化 .經(jīng)典理論的困難第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)。2828用光量子概念解釋康普頓效應(yīng) 能量守恒：(1)動(dòng)量守恒：(2)光子與電子彈性碰撞yex電子靜止yx散射光子反沖電子x方向：(3)y方向：由(1), (2), (3)得：第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)。29 2. 光子與石墨中和原子核束縛很緊的內(nèi)層電子 的碰撞，應(yīng)看做是光子和整個(gè)原子的碰撞。 1. 上式表明波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，散射角 越大，也越大。 彈性碰撞中，入射光子幾乎不損失能

10、量， 這時(shí)散射光子波長(zhǎng)不變。討論：物理意義 光子假設(shè)的正確性，狹義相對(duì)論力學(xué)的正確性 . 微觀粒子也遵守能量守恒和動(dòng)量守恒定律.第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)。 氫原子光譜 玻爾的氫原子理論第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)。311.原子的核式結(jié)構(gòu)1911盧瑟福核式模型:+- 粒子的大角散射原子的行星模型 原子的中心有一帶正電的原子核，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，電子圍繞這個(gè)核旋轉(zhuǎn)，核的尺寸與整個(gè)原子相比是很小的 .一、氫原子光譜規(guī)律第三十一頁(yè)，共三十四頁(yè)。322.氫原子光譜的規(guī)律式中R：里德堡常數(shù)氫原子光譜經(jīng)驗(yàn)規(guī)律（18851908年）巴爾末公式紅藍(lán)紫6562.84340.54861.3氫原子的可見(jiàn)光光譜：。1853年瑞典人埃格斯特朗（A.J.Angstrom）波數(shù)里德堡第三十二頁(yè)，共三十四頁(yè)。33賴曼系巴爾末系帕邢系布喇開(kāi)系普芳德系紫外區(qū)紅外區(qū)可見(jiàn)光氫光譜的其他線系:光譜規(guī)律(n=2, 3, 4)(n=3, 4, 5 . )(n=4, 5, 6 )(n=5, 6, 7 )(n=6, 7, 8 ) -廣義巴爾末公式 （里茲組合原理）式中: k = 1， 2， 3， 4， n = k+1， k+2， k+3，光譜項(xiàng)(1)光譜是線