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，共三十四頁。（優(yōu)選）早期量子論和量子力學(xué)的準(zhǔn)備第二頁，共三十四頁。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，共三十四頁。量子力學(xué)的誕生 三個實驗（1）黑體輻射 （2）光電效應(yīng)（3）原子光譜三個飛躍（1）普朗克能量子假說（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，共三十四頁。51905年 愛因斯坦 光量子假說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 波動力學(xué) 量子力學(xué)理論192

2、7年 海森伯 測不準(zhǔn)關(guān)系 波恩 波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋 狄拉克 相對論量子力學(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）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，共三十四頁。 熱輻射 普朗克量子假說第六頁，共三十四頁。一、 熱輻射的基本概念1）輻射出射度 (輻出度) - M 溫度為T時，單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上所輻射出來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時，單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上所輻射出來的，波

3、長在附近，單位波長間隔內(nèi)的電磁波能量。第七頁，共三十四頁。式中 dM 是頻率在 +d 范圍內(nèi)單位時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，共三十四頁?；鶢柣舴蚨▉艉秃隗w2）黑體 若一個物體在任何溫度下，對于任何波長入射輻射能的吸收比都等于 1,則稱它為絕對黑體 黑體即, 1）基爾霍夫定侓：普適函數(shù)第九頁，共三十四頁。人造

4、絕對黑體模型 封閉空腔的小孔絕對黑體的單色輻出度- 研究熱輻射的中心問題吸收發(fā)射第十頁，共三十四頁。11熱輻射溫度不同時 輻射的波長分布不同是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程逐漸升溫火爐600度1000度400度熱輻射及其定量描述由于分子熱運(yùn)動導(dǎo)致物體輻射電磁波熱輻射過程的實質(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，共三十四頁。黑體輻射的實驗曲線可見光區(qū)0M 實驗裝置黑體準(zhǔn)直系統(tǒng)三棱鏡測量系統(tǒng)透鏡加熱器黑體輻射的實驗研究第十二頁，共三十四頁。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 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，共三十四頁。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波段, 而在短波段（紫外區(qū)）與實驗不符。 -紫外災(zāi)難普朗克線1900.12.14 普朗克在德國物理學(xué)會會議上提出一個黑體輻射公式M.Planck 普朗克常數(shù)維恩線第十四頁，共三十四頁。1515普朗克常數(shù)- h 是一個普適常數(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 振動時向外輻

6、射能量（也可吸收能量） 物體發(fā)射或吸收電磁輻射時 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，共三十四頁。普朗克的思想是完全背離經(jīng)典物理，受到當(dāng)時許多人的懷疑和反對，包括當(dāng)時的物理學(xué)泰斗-洛侖茲。乃至當(dāng)時普朗克自已也想以某種方式來消除 這一關(guān)系式。他寫道：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，這個量非常頑固，后來他又說：普朗克的能量子假說導(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。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，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日普朗克在德國物理學(xué)會的例會上以題為“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，共三十四頁。光電效應(yīng)第十七頁，共三十四頁。18實驗裝置：GD為光電管，光通過石英窗口照射陰極K，光電子從陰極表面逸出。 光電子在電場加速下向陽極A 運(yùn)動，形成光電流。實驗規(guī)律如下：ARiVAKGDI光電效應(yīng)光照射某些金屬時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幾間的電勢差VAK，可測的光電流I 隨VAK的變化關(guān)系(伏安特性曲線)一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律第十八頁，共三

8、十四頁。191. 光電流和入射光強(qiáng)度關(guān)系 入射光頻率一定時，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 無關(guān),K常數(shù)；V0與材料有關(guān)。3. 光電效應(yīng)和時間的關(guān)系 光電轉(zhuǎn)換時間極短 0 稱為康普頓散射=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o（A）.2、散射曲線的三個特點(diǎn):c =2.4110-3nm（實驗值）1). 波長改變量（0）隨散射角而異稱為Compton波長新波長 散射角 散射角 ，I0 ，I 第二十六頁，共三十四頁。(1) 與散射物質(zhì)無關(guān), 僅與散射角有關(guān)實驗表明 輕元素

9、重元素(2)2). 對同一散射角，原子量較小的物質(zhì)散射強(qiáng)度大， 但波長改變量（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)典理論無法解釋波長變化 .經(jīng)典理論的困難第二十七頁，共三十四頁。2828用光量子概念解釋康普頓效應(yīng) 能量守恒：(1)動量守恒：(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，共三十四頁。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)看做是光子和整個原子的碰撞。 1. 上式表明波長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， 這時散射光子波長不變。討論：物理意義 光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學(xué)的正確性 . 微觀粒子也遵守能量守恒和動量守恒定律.第二十九頁，共三十四頁。 氫原子光譜 玻爾的氫原子理論第三十頁，共三十四頁。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，電子圍繞這個核旋轉(zhuǎn)，核的尺寸與整個原子相比是很小的 .一、氫原子光譜規(guī)律第三十一頁，共三十四頁。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)驗規(guī)律（18851908年）巴爾末公式紅藍(lán)紫6562.84340.54861.3氫原子的可見光光譜：。1853年瑞典人埃格斯特朗（A.J.Angstrom）波數(shù)里德堡第三十二頁，共三十四頁。33賴曼系巴爾末系帕邢系布喇開系普芳德系紫外區(qū)紅外區(qū)可見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(1)光譜是線