大學物理下量子力學基礎 01

1、量 子 力 學基 礎物理學物理學力學力學熱學熱學電磁學電磁學光學光學時間時間 t1600 1700 1800 19001.電子的發(fā)現(xiàn)：電子的發(fā)現(xiàn)：2.X射線的發(fā)現(xiàn)：射線的發(fā)現(xiàn)：3.放射性的發(fā)現(xiàn)：放射性的發(fā)現(xiàn)：重要意義：打開了原子世界大門！重要意義：打開了原子世界大門！重要意義：重要意義：X射線是什么？電磁波還是粒子？重要的應用！射線是什么？電磁波還是粒子？重要的應用！重要意義：打開原子核的大門，原子核會裂變原子能！重要意義：打開原子核的大門，原子核會裂變原子能！近年來的發(fā)展：近年來的發(fā)展：* 粒子物理粒子物理 高能加速器產(chǎn)生新粒子，已發(fā)現(xiàn)高能加速器產(chǎn)生新粒子，已發(fā)現(xiàn)300種。種。 麥克斯韋理論

2、、狄拉克量子電動力學、重整化方法。麥克斯韋理論、狄拉克量子電動力學、重整化方法。*天體物理天體物理 運用物理學實驗方法和理論對宇宙各種星球運用物理學實驗方法和理論對宇宙各種星球 進行觀進行觀 測和研究，從而得出相應的天文規(guī)律的學科。應用經(jīng)典、量測和研究，從而得出相應的天文規(guī)律的學科。應用經(jīng)典、量 子、廣義相對論、等離子體物理和粒子物理。子、廣義相對論、等離子體物理和粒子物理。* 非平衡熱力學及統(tǒng)計物理非平衡熱力學及統(tǒng)計物理 * 學科之間的大綜合。學科之間的大綜合。* 相互滲透結合成邊緣學科。相互滲透結合成邊緣學科。二十世紀物理學中兩個重要的概念：場和對稱性二十世紀物理學中兩個重要的概念：場和對

3、稱性 光電效應光電效應 康普頓效應?？灯疹D效應。 黑體輻射問題，即所謂黑體輻射問題，即所謂“紫外災難紫外災難”。 原子的線光譜和原子結構。原子的線光譜和原子結構。 這張照片是這張照片是1927年第年第五屆索爾維會議五屆索爾維會議 ( 布魯塞布魯塞爾爾 ) 參加者的合影。索爾參加者的合影。索爾維是一個很像諾貝爾的人，維是一個很像諾貝爾的人，本身既是科學家又是家底本身既是科學家又是家底雄厚的實業(yè)家，萬貫家財雄厚的實業(yè)家，萬貫家財都捐給科學事業(yè)。諾貝爾都捐給科學事業(yè)。諾貝爾是設立了以自己名字命名是設立了以自己名字命名的科學獎金，索爾維則是的科學獎金，索爾維則是提供了召開世界最高水平提供了召開世界最高

4、水平學術會議的經(jīng)費。這就是學術會議的經(jīng)費。這就是索爾維會議的來歷。索爾維會議的來歷。 1.彼得德拜彼得德拜（Petrus Josephus Wilhelmus Debye）美國物理化學家。）美國物理化學家。1884年出生于荷蘭。年出生于荷蘭。1901年進入德國亞琛工業(yè)大學學習電氣工程，年進入德國亞琛工業(yè)大學學習電氣工程， 1905年獲電子工程師學位，年獲電子工程師學位，。1966年逝世。年逝世。 （William Henry Bragg，18621942） 英國物理學家。英國物理學家。是現(xiàn)代固體物理學的奠基人之一。是現(xiàn)代固體物理學的奠基人之一。父子兩代父子兩代同獲一個諾貝爾獎，這在歷史上恐怕是

5、絕無僅有的。同獲一個諾貝爾獎，這在歷史上恐怕是絕無僅有的。(Albert Einstein，1879-1955)，舉世聞名的德裔美國科學家，舉世聞名的德裔美國科學家，現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者和奠基人。現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者和奠基人。 。他的名字與相對論密不可分，其實，他的名字與相對論密不可分，其實，相對論包括兩種理論：其一是他相對論包括兩種理論：其一是他1905年提出聲狹義相對論；其二是他年提出聲狹義相對論；其二是他1915年提出的廣義相對論。后者，我們最年提出的廣義相對論。后者，我們最好稱之為愛因斯坦引力論。好稱之為愛因斯坦引力論。 愛因斯坦愛因斯坦1900年畢業(yè)于蘇黎士工業(yè)大學，年畢業(yè)于蘇黎士工業(yè)大

6、學，1909年開始在大學任教，年開始在大學任教，1914年任年任威廉皇家物理研究所所長兼柏林大學教授。后被迫移居美國，威廉皇家物理研究所所長兼柏林大學教授。后被迫移居美國，1940年入美國籍。十九世紀年入美國籍。十九世紀末期是物理學的變革時期，愛因斯坦從實驗事實出發(fā)，從新考查了物理學的基本概念，在末期是物理學的變革時期，愛因斯坦從實驗事實出發(fā)，從新考查了物理學的基本概念，在理論上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推動了天文學的發(fā)展。他的量子理論對天理論上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推動了天文學的發(fā)展。他的量子理論對天體物理學、特別是理論天體物理學都有很大的影響。理論天體物理學的第一個

7、成熟的方體物理學、特別是理論天體物理學都有很大的影響。理論天體物理學的第一個成熟的方面面恒星大氣理論，就是在量子理論和輻射理論的基礎上建立起來的。恒星大氣理論，就是在量子理論和輻射理論的基礎上建立起來的。近近年來發(fā)現(xiàn)越來越多的高能物理現(xiàn)象，狹義相對論已成為解釋這種現(xiàn)象的一種最基本的理論年來發(fā)現(xiàn)越來越多的高能物理現(xiàn)象，狹義相對論已成為解釋這種現(xiàn)象的一種最基本的理論工具。其廣義相對論也解決了一個天文學上多年的不解之謎，并推斷出后來被驗證了的光工具。其廣義相對論也解決了一個天文學上多年的不解之謎，并推斷出后來被驗證了的光線彎曲現(xiàn)象，還成為后來許多天文概念的理論基礎。線彎曲現(xiàn)象，還成為后來許多天文概念

8、的理論基礎。 愛因斯坦對天文學最大的貢獻莫過于愛因斯坦對天文學最大的貢獻莫過于他的宇宙學理論。他創(chuàng)立了相對論宇宙學，建立了靜態(tài)有限無邊的自洽的動力學宇宙模型，他的宇宙學理論。他創(chuàng)立了相對論宇宙學，建立了靜態(tài)有限無邊的自洽的動力學宇宙模型，并引進了宇宙學原理、彎曲空間等新概念，大大推動了現(xiàn)代天文學的發(fā)展。并引進了宇宙學原理、彎曲空間等新概念，大大推動了現(xiàn)代天文學的發(fā)展。 ( Paul Ehrenfest, 18801933) 荷蘭物理學家。如果說，玻爾的對應原荷蘭物理學家。如果說，玻爾的對應原理是在經(jīng)典物理學和量子力學之間架起的一座橋梁，那么，埃倫費斯特的浸漸原理則是理是在經(jīng)典物理學和量子力學之

9、間架起的一座橋梁，那么，埃倫費斯特的浸漸原理則是兩者之間的又一座橋梁。埃倫費斯特是奧地利人，在維也納大學聽過玻爾茲曼講授熱的兩者之間的又一座橋梁。埃倫費斯特是奧地利人，在維也納大學聽過玻爾茲曼講授熱的分子運動論。分子運動論。1904年獲博士學位后從事統(tǒng)計物理學研究。鑒于他出色的理論素養(yǎng)，洛侖年獲博士學位后從事統(tǒng)計物理學研究。鑒于他出色的理論素養(yǎng)，洛侖茲在茲在1912年推薦他接任自己在荷蘭萊頓大學的教授職務。此后，埃倫費斯特一直在萊頓年推薦他接任自己在荷蘭萊頓大學的教授職務。此后，埃倫費斯特一直在萊頓大學主持工作。大學主持工作。 1913年，埃倫費斯特提出一條原理：兩相互以浸漸變換聯(lián)系的體系年，

10、埃倫費斯特提出一條原理：兩相互以浸漸變換聯(lián)系的體系A、B之間存在如下關系：無限緩慢變化的一個或幾個參量，可以使不同體系在它們之間相之間存在如下關系：無限緩慢變化的一個或幾個參量，可以使不同體系在它們之間相互導出。這些參量，埃倫費斯特稱為浸漸不變量?；С?。這些參量，埃倫費斯特稱為浸漸不變量。 浸漸原理揭示了量子化條件的奧秘。浸漸原理揭示了量子化條件的奧秘。 因為玻爾在不久前提出的量子化條件式：因為玻爾在不久前提出的量子化條件式：2W/=nh及由此推出的角動量量子化條件及由此推出的角動量量子化條件M=nh/2都是埃倫費斯特的浸漸不變量。都是埃倫費斯特的浸漸不變量。 5.保羅狄拉克保羅狄拉克（pa

11、ul adrien maurice dirac，19021984）英國物理學）英國物理學家。家。1930年，他用數(shù)學方法描述電子運動規(guī)律時，發(fā)現(xiàn)電子的電荷可以年，他用數(shù)學方法描述電子運動規(guī)律時，發(fā)現(xiàn)電子的電荷可以是負電荷、也可以是正電荷的。狄拉克猜想，在自然界中可能存在一種是負電荷、也可以是正電荷的。狄拉克猜想，在自然界中可能存在一種“反常的反常的”帶正電荷的電子。帶正電荷的電子。 6.薛定諤薛定諤（erwin schrodinger，1887-1961）奧地利理論物理學家，與愛）奧地利理論物理學家，與愛因斯坦、玻爾、玻恩、海森伯等一起于因斯坦、玻爾、玻恩、海森伯等一起于20世紀世紀20年代后

12、期，發(fā)展了量子年代后期，發(fā)展了量子力學。力學。 7. 康普敦康普敦（Arthur Holly Compton 18921962）. 19221923年間研究了年間研究了x射射線經(jīng)金屬或石墨等物質散射后的光譜線經(jīng)金屬或石墨等物質散射后的光譜. 1923年他發(fā)表了年他發(fā)表了X射線被電子散射所引起的頻率變小現(xiàn)象，即康普頓效應，這射線被電子散射所引起的頻率變小現(xiàn)象，即康普頓效應，這是近代物理學的一大發(fā)現(xiàn)。按經(jīng)典波動理論，靜止物體對波的散射不會改變是近代物理學的一大發(fā)現(xiàn)。按經(jīng)典波動理論，靜止物體對波的散射不會改變頻率。而按愛因斯坦光量子說這是兩個頻率。而按愛因斯坦光量子說這是兩個“粒子粒子”碰撞的結果。

13、光量子在碰撞碰撞的結果。光量子在碰撞時不僅將能量傳遞而且也將動量傳遞給了電子，它進一步證實了愛因斯坦的時不僅將能量傳遞而且也將動量傳遞給了電子，它進一步證實了愛因斯坦的光子理論，揭示出光的二象性。光子理論，揭示出光的二象性。 （wolfgang pauli，19001958），美籍奧地利科學家，是迎著），美籍奧地利科學家，是迎著20世紀世紀一同來到世界的，父親是維也納大學的物理化學教授，教父是奧地利的物理學家兼哲學一同來到世界的，父親是維也納大學的物理化學教授，教父是奧地利的物理學家兼哲學家。其家。其，為周期表奠定了理論基礎。其發(fā)表了，為周期表奠定了理論基礎。其發(fā)表了“不相容原理不相容原理”：

14、原子：原子中不可能有兩個或兩個以上的電子處于同一量子態(tài)這一原理使當時許多有關原子結構中不可能有兩個或兩個以上的電子處于同一量子態(tài)這一原理使當時許多有關原子結構的問題得以圓滿解決，對所有實體物質的基本粒子（通常稱之為費米子，如質子、中子、的問題得以圓滿解決，對所有實體物質的基本粒子（通常稱之為費米子，如質子、中子、夸克等）都適用，構成了量子統(tǒng)計力學夸克等）都適用，構成了量子統(tǒng)計力學費米統(tǒng)計的基點。費米統(tǒng)計的基點。 9.海森伯海森伯（werner karl heisenberg 19071976）德國理論物理學家，量子力學第一種有）德國理論物理學家，量子力學第一種有效形式（矩陣力學）的創(chuàng)建者。海森

15、伯鑒于玻爾原子模型所存在的問題，拋棄了所有的效形式（矩陣力學）的創(chuàng)建者。海森伯鑒于玻爾原子模型所存在的問題，拋棄了所有的原子模型，而著眼于觀察發(fā)射光譜線的頻率、強度和極化，利用矩陣數(shù)學，將這三者從原子模型，而著眼于觀察發(fā)射光譜線的頻率、強度和極化，利用矩陣數(shù)學，將這三者從數(shù)學上聯(lián)系起來，從而提出微觀粒子的不可觀察的力學量，如位置、動量應由其所發(fā)光數(shù)學上聯(lián)系起來，從而提出微觀粒子的不可觀察的力學量，如位置、動量應由其所發(fā)光譜的可觀察的頻率、強度經(jīng)過一定運算（矩陣法則）來表示。他和玻爾等合作，建立了譜的可觀察的頻率、強度經(jīng)過一定運算（矩陣法則）來表示。他和玻爾等合作，建立了量子理論第一個數(shù)學描述量

16、子理論第一個數(shù)學描述矩陣力學。矩陣力學。 10.玻恩，玻恩，(max born 18821970)德國理論物理學家，量子力學的德國理論物理學家，量子力學的奠基人之一。奠基人之一。 1915年起任洪堡大學理論物理學教授。年起任洪堡大學理論物理學教授。(bohr niels)1885年年10月月7日生于丹麥首都哥本哈根，日生于丹麥首都哥本哈根， 玻爾早在大學作碩士論文和博士論文時，就考玻爾早在大學作碩士論文和博士論文時，就考察了金屬中的電子運動，并明確意識到經(jīng)典理論在闡明微觀現(xiàn)象方面的嚴重缺陷，贊賞普朗克和愛因斯坦在電磁理察了金屬中的電子運動，并明確意識到經(jīng)典理論在闡明微觀現(xiàn)象方面的嚴重缺陷，贊賞

17、普朗克和愛因斯坦在電磁理論方面引入的量子學說論方面引入的量子學說在玻爾離開曼徹斯特大學以前，曾向盧瑟福呈交了一份論文提綱，引入了定態(tài)的概念，給出了定態(tài)應滿足的量在玻爾離開曼徹斯特大學以前，曾向盧瑟福呈交了一份論文提綱，引入了定態(tài)的概念，給出了定態(tài)應滿足的量子條件回到哥本哈根后，子條件回到哥本哈根后，1913年初，年初，有朋友建議他研究原子結構，應很好地聯(lián)系和應用當時已有的豐富而精確的有朋友建議他研究原子結構，應很好地聯(lián)系和應用當時已有的豐富而精確的光譜學資料，這使他思路大開通過對光譜學資料的考察，玻爾的思維和理論有了巨大的飛躍，使他寫出了光譜學資料，這使他思路大開通過對光譜學資料的考察，玻爾的

18、思維和理論有了巨大的飛躍，使他寫出了“論原論原子構造和分子構造子構造和分子構造”的長篇論著，的長篇論著，提出了量子不連續(xù)性，成功地解釋了氫原子和類氫原子的結構和性質提出了量子不連續(xù)性，成功地解釋了氫原子和類氫原子的結構和性質1921年，年，玻爾發(fā)表了玻爾發(fā)表了“各元素的原子結構及其物理性質和化學性質各元素的原子結構及其物理性質和化學性質”的長篇演講，闡述了光譜和原子結構理論的新發(fā)展，詮的長篇演講，闡述了光譜和原子結構理論的新發(fā)展，詮釋了元素周期表的形成，對周期表中從氫開始的各種元素的原子結構作了說明，同時對周期表上的第釋了元素周期表的形成，對周期表中從氫開始的各種元素的原子結構作了說明，同時對

19、周期表上的第72號元素的性號元素的性質作了預言。質作了預言。1922年，發(fā)現(xiàn)了這種元素鉿，證實了玻爾預言的正確年，發(fā)現(xiàn)了這種元素鉿，證實了玻爾預言的正確1922年玻爾獲諾貝爾物理學獎。年玻爾獲諾貝爾物理學獎。 Max Karl Ernst Ludwig Planck 18581947）近代偉大的德國物理學）近代偉大的德國物理學家，量子論的奠基人。家，量子論的奠基人。根據(jù)普朗根據(jù)普朗克的量子論，能量并非以連續(xù)的形式而存在，克的量子論，能量并非以連續(xù)的形式而存在，而是以個別而是以個別“小包小包”的形式存在，這些不連的形式存在，這些不連續(xù)的續(xù)的“小包小包”被稱為能量子或量子。量子是被稱為能量子或量子

20、。量子是大小不一的，它們隨著各量子的放射頻率的大小不一的，它們隨著各量子的放射頻率的不同而變化。量子的大小與頻率之間的比例不同而變化。量子的大小與頻率之間的比例常數(shù)可以用一個常數(shù)來代表，這個常數(shù)就是常數(shù)可以用一個常數(shù)來代表，這個常數(shù)就是當今物理學上的普朗克常數(shù)。當今物理學上的普朗克常數(shù)。 由于他的理論打破了經(jīng)典物理學的舊體系，許多物理學家起初都拒絕接受它。直到由于他的理論打破了經(jīng)典物理學的舊體系，許多物理學家起初都拒絕接受它。直到1913年，年，丹麥物理學權威尼爾斯丹麥物理學權威尼爾斯波爾用量子論第一次成功地計算出光譜的特殊譜線的位置時，普波爾用量子論第一次成功地計算出光譜的特殊譜線的位置時，

21、普朗克理論的偉大意義才被人們所公認。朗克理論的偉大意義才被人們所公認。在量子化概念的引導下，微觀物理學迅速發(fā)展為。在量子化概念的引導下，微觀物理學迅速發(fā)展為20世紀物理學世紀物理學的主流，并為后來的愛因斯坦在這一理論上的推進和突破打下了堅實的基礎。憑借敢于創(chuàng)的主流，并為后來的愛因斯坦在這一理論上的推進和突破打下了堅實的基礎。憑借敢于創(chuàng)新的精神和所取得的開拓性成果，普朗克得到了極大的榮譽。新的精神和所取得的開拓性成果，普朗克得到了極大的榮譽。1918年，他得到了物理學的年，他得到了物理學的最高榮譽獎最高榮譽獎諾貝爾物理學獎。諾貝爾物理學獎。 （Marie Curie 18671934是最著名的女

22、物理學家。她曾兩次獲是最著名的女物理學家。她曾兩次獲諾貝爾獎，諾貝爾獎，1903年的物理獎，年的物理獎，1911年的化學獎。她受教育較晚，于年的化學獎。她受教育較晚，于1893年獲年獲物理學位，物理學位，1894年獲數(shù)學學位，年獲數(shù)學學位，1903年獲博士學位。局里夫人以放射性作為年獲博士學位。局里夫人以放射性作為論文題目，她研究了很多物質，發(fā)現(xiàn)釷及其化合物的特性與鈾相同。研究瀝論文題目，她研究了很多物質，發(fā)現(xiàn)釷及其化合物的特性與鈾相同。研究瀝青鈾礦時，她發(fā)現(xiàn)了鐳和仆。青鈾礦時，她發(fā)現(xiàn)了鐳和仆。1910年她成功的分離了純鐳。居里夫人對巴黎年她成功的分離了純鐳。居里夫人對巴黎的局里實驗室的建立作

23、出很大貢獻。的局里實驗室的建立作出很大貢獻。 （hendrik antoon lorentz18531928）荷蘭物理）荷蘭物理學家、數(shù)學家學家、數(shù)學家1853年年7月月18日生日生于阿納姆于阿納姆1870年入萊頓大學學年入萊頓大學學習數(shù)學、物理學，習數(shù)學、物理學，1875年獲博士年獲博士學位學位25歲起任萊頓大學理論物歲起任萊頓大學理論物理學教授，達理學教授，達35年。年。 洛倫茲是經(jīng)洛倫茲是經(jīng)典電子論的創(chuàng)立者。他認為電具典電子論的創(chuàng)立者。他認為電具有有“原子性原子性”，電的本身是由微，電的本身是由微小的實體組成的后來這些微小小的實體組成的后來這些微小實體被稱為電子洛倫茲以電子實體被稱為電子

24、洛倫茲以電子概念為基礎來解釋物質的電性質概念為基礎來解釋物質的電性質.從電子論推導出運動電荷在磁場從電子論推導出運動電荷在磁場中要受到力的作用，即洛倫茲中要受到力的作用，即洛倫茲力力 他把物體的發(fā)光解釋為原子內(nèi)部電子的振動產(chǎn)生的這樣當光源放在磁場中時，光源的原子內(nèi)電他把物體的發(fā)光解釋為原子內(nèi)部電子的振動產(chǎn)生的這樣當光源放在磁場中時，光源的原子內(nèi)電子的振動將發(fā)生改變，使電子的振動頻率增大或減小，導致光譜線的增寬或分裂子的振動將發(fā)生改變，使電子的振動頻率增大或減小，導致光譜線的增寬或分裂1896年年10月，洛倫月，洛倫茲的學生塞曼發(fā)現(xiàn)，在強磁場中鈉光譜的茲的學生塞曼發(fā)現(xiàn)，在強磁場中鈉光譜的D線有明

25、顯的增寬，即產(chǎn)生塞曼效應，證實了洛倫茲的預線有明顯的增寬，即產(chǎn)生塞曼效應，證實了洛倫茲的預言塞曼和洛倫茲共同獲得言塞曼和洛倫茲共同獲得1902年諾貝爾物理學獎。年諾貝爾物理學獎。 （Paul Langevin，18721946），），1872年年1月月23日生于巴黎，法國日生于巴黎，法國著名的物理學家。于著名的物理學家。于1905年發(fā)表順磁性年發(fā)表順磁性的經(jīng)典理論。一次世界大戰(zhàn)期間，朗之的經(jīng)典理論。一次世界大戰(zhàn)期間，朗之萬用壓電效應激發(fā)的石英板，在水下成萬用壓電效應激發(fā)的石英板，在水下成功地發(fā)射了聲波，并接收到了海底的回功地發(fā)射了聲波，并接收到了海底的回聲，研制出第一臺水聲設備聲，研制出第一臺

26、水聲設備測深儀。測深儀。以后，根據(jù)這種原理制造出譯名叫以后，根據(jù)這種原理制造出譯名叫“”（sonar）的設備，可用來發(fā)現(xiàn)海面）的設備，可用來發(fā)現(xiàn)海面下的潛水艇、礁石及其他水下目標?，F(xiàn)下的潛水艇、礁石及其他水下目標?，F(xiàn)在，利用近代的信息理論，結合電子技在，利用近代的信息理論，結合電子技術，研究聲波在海水中的發(fā)射、傳播和術，研究聲波在海水中的發(fā)射、傳播和接收的問題，已形成一門內(nèi)容十分豐富接收的問題，已形成一門內(nèi)容十分豐富的近代聲學科學的近代聲學科學水聲學。水聲學。 當把鐵塊加熱時當把鐵塊加熱時,隨著溫度的不斷升高隨著溫度的不斷升高,它的顏它的顏色由暗紅變?yōu)槌嗉t、橙色、而最后變成黃白色。色由暗紅變?yōu)?/p>

27、赤紅、橙色、而最后變成黃白色。熱輻射：熱輻射：能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射。能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射。1 黑體：黑體：能完全吸收照射到表面的各種能完全吸收照射到表面的各種頻率的光而不發(fā)生任何反射和投射的頻率的光而不發(fā)生任何反射和投射的物體稱黑體。物體稱黑體。平衡熱輻射：平衡熱輻射：如果如果在同一時間內(nèi)從物體表在同一時間內(nèi)從物體表面輻射的電磁波的能量和它吸收的電磁波面輻射的電磁波的能量和它吸收的電磁波的能量相等，物體的輻射就處于溫度一定的能量相等，物體的輻射就處于溫度一定的熱平衡狀態(tài)的熱平衡狀態(tài)輻射出射度輻射出射度M ( ) ： 單位單位 時間內(nèi)從物體單位表面積發(fā)出的頻率

28、在時間內(nèi)從物體單位表面積發(fā)出的頻率在附近單位附近單位頻率區(qū)間的電磁波的能量。頻率區(qū)間的電磁波的能量。一、黑體輻射及其基本規(guī)律一、黑體輻射及其基本規(guī)律光譜吸收比光譜吸收比 ( )： 在溫度為在溫度為T時，物體表面吸收的頻率在時，物體表面吸收的頻率在 +d 區(qū)間的輻射區(qū)間的輻射能量占全部入射的該區(qū)間的輻射能量的份額，稱做物體的能量占全部入射的該區(qū)間的輻射能量的份額，稱做物體的光譜吸收比。光譜吸收比。單位：單位：W/m2Hz鎢絲鎢絲M (10-9W/(m2. HZ) 太陽太陽M (10-8W/(m2. HZ)鎢絲鎢絲（2750K）10864210-14Hz鎢絲和太陽的鎢絲和太陽的M 和和 的關系曲線

29、的關系曲線太陽太陽（5800K）可見光可見光4819世紀末，許多物理學家欲從理論上導出世紀末，許多物理學家欲從理論上導出 黑體的單黑體的單色輻射出射度色輻射出射度 M( ) 和和 的關系式。的關系式。dvevcdvvMTvc/312)(在紫外極限實驗結果吻合較好。在紫外極限實驗結果吻合較好。dvvckTdvvM222)(123JK1038. 1k玻爾茲曼常數(shù)玻爾茲曼常數(shù)在長波長、高溫度條件下與實驗結果吻合較好，但在紫外極在長波長、高溫度條件下與實驗結果吻合較好，但在紫外極限下限下, 能量密度趨于無窮。能量密度趨于無窮。10-14Hz6543210MT=2000K實驗曲線和普朗克公式實驗曲線和普

30、朗克公式維恩公式維恩公式瑞利瑞利金斯公式金斯公式 普朗克公式普朗克公式dvvehvcdvvMTkhv2/2)1(2)(sJ1062620.634h在長波長與瑞利金斯公式一致，在紫外極限下與維恩公式一致。在長波長與瑞利金斯公式一致，在紫外極限下與維恩公式一致。在全波長范圍與實驗結果吻合很好。在全波長范圍與實驗結果吻合很好。Max Karl Ernst Ludwig Plank1858-1947The Nobel Prize in Physics 1918Wilhelm Wien1864-1928The Nobel Prize in Physics 19111、斯特藩、斯特藩 波爾茲曼定律：波爾茲

31、曼定律：40)(TdvvMM)Km/(W1067051. 54282、維恩位移、維恩位移 定律：定律：TCmK/Hz10880. 510C1800130016001050 /m1234M（、T） 黑體輻射的實驗曲線黑體輻射的實驗曲線 黑體輻射的理論曲線黑體輻射的理論曲線Rayleigh-JeansPlankWienM ( ) 曲線曲線2 一、光電效應的實驗規(guī)律一、光電效應的實驗規(guī)律如圖所示，為光電效應如圖所示，為光電效應的基本裝置。的基本裝置。S：真空的玻璃容器真空的玻璃容器m：石英玻璃窗石英玻璃窗A：陽極陽極K：陰極（金屬板）陰極（金屬板）UGmSAK或者說：單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的或者說

32、：單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目與入射光強成正比光電子數(shù)目與入射光強成正比1、光電效應的實驗規(guī)律（實驗結果）、光電效應的實驗規(guī)律（實驗結果）Is稱為飽和光電流稱為飽和光電流U0稱為稱為 遏止電壓（遏止電壓（I=0 的電壓）的電壓）U0312UIIS0U03U02U01312UIIS00UaU020021mVeU由上圖可知由上圖可知:I=0時有時有aUKU0截止電壓與入射光頻率有線性關系截止電壓與入射光頻率有線性關系aeUeKmV2021實驗證明：實驗證明：Ua對不同金屬有不同值對不同金屬有不同值, e Ua稱逸出功稱逸出功aeUeKmV2021由由可知，只有當可知，只有當KUa/從金屬表

33、面逸出的電子才具有初動能，即產(chǎn)生光電效應。從金屬表面逸出的電子才具有初動能，即產(chǎn)生光電效應。只要只要 ，則在光照射金屬表面，則在光照射金屬表面 后，幾乎立即就后，幾乎立即就有光電子逸出，與光的強度無關。有光電子逸出，與光的強度無關。 KUa/金屬金屬截止頻率截止頻率Hz10/1404.545 5.508.065 11.53銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銥銥 鉑鉑 19.29 * 經(jīng)典認為經(jīng)典認為光強越大，飽和電流應該大，光強越大，飽和電流應該大，光電子的初光電子的初 動能也該大，即動能也該大，即。但實驗上光電。但實驗上光電 子初動能只與頻率有關子初動能只與頻率有關()，而與光強無關。，而與光強無關。* 只

34、要頻率高于紅限，既使光強很弱也有光電流；頻率只要頻率高于紅限，既使光強很弱也有光電流；頻率 低于紅限時，無論光強再大也沒有光電流。而經(jīng)典認低于紅限時，無論光強再大也沒有光電流。而經(jīng)典認 為為 。 * 瞬時性。瞬時性。經(jīng)典認為光能量分布在波面上，經(jīng)典認為光能量分布在波面上，即需能量的積累過程，即需能量的積累過程 。二、二、 經(jīng)典理論的困難經(jīng)典理論的困難三、三、 愛因斯坦的光量子假說愛因斯坦的光量子假說1、愛因斯坦光量子假說：光子論、愛因斯坦光量子假說：光子論假設：一束光是一粒一粒以速度假設：一束光是一粒一粒以速度c運動的粒子流，這些運動的粒子流，這些 粒子稱光子，但它們?nèi)员Ａ纛l率、波長的概念粒子

35、稱光子，但它們?nèi)员Ａ纛l率、波長的概念認為光不僅在與物質相互作用時（發(fā)射和吸收）具有粒認為光不僅在與物質相互作用時（發(fā)射和吸收）具有粒子性，而且在傳播過程中也有粒子性。子性，而且在傳播過程中也有粒子性。一個頻率為一個頻率為 的光子具有能量的光子具有能量 ，其中其中h為普朗克常數(shù)，值為：為普朗克常數(shù)，值為：hsJh341063. 6由相對論知識可知：由相對論知識可知：/22hchcEPchcEmhE可見：光子即具有粒子特性可見：光子即具有粒子特性m 、P，又具有波動性又具有波動性 、 我們我們 將這將這 種波動性和粒子性并存的性質稱為種波動性和粒子性并存的性質稱為。光的光的 波動性（波動性（ ）

36、和粒子性和粒子性 （p）是通過普是通過普 朗克常數(shù)聯(lián)系在一起的。朗克常數(shù)聯(lián)系在一起的。2、用光量子假說解釋光電效應、用光量子假說解釋光電效應（1）由）由 可看出，光子的初動能可看出，光子的初動能AhmV2021與光的頻率成正比，而與光強無關。與光的頻率成正比，而與光強無關。該式稱為該式稱為由能量守恒得：由能量守恒得： A為逸出功為逸出功AhmV2021（2）當入射光子的能量小于逸出功時，光電子的初動）當入射光子的能量小于逸出功時，光電子的初動 能為零，不能逸出；只有當能為零，不能逸出；只有當hA時，才能產(chǎn)生光時，才能產(chǎn)生光 電效應。截止頻率電效應。截止頻率=A/h（3） 光的強弱只表明光子數(shù)的

37、多少，而光子的能量恒光的強弱只表明光子數(shù)的多少，而光子的能量恒 定。一個光子的能量是一次地被電子吸收，所以，定。一個光子的能量是一次地被電子吸收，所以， 只要只要hA，電子吸收光子即逸出，具有瞬時性。電子吸收光子即逸出，具有瞬時性。3 3 光電效應在近代技術中的應用光電效應在近代技術中的應用光控繼電器、自動控制、光控繼電器、自動控制、自動計數(shù)、自動報警等自動計數(shù)、自動報警等. .光電倍增管光電倍增管放大器放大器接控件機構接控件機構光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖 例例1 設有一半徑為設有一半徑為 的薄圓片，它距的薄圓片，它距光源光源1.0m . 此光源的功率為此光源的功率為1W，發(fā)射波長為

38、發(fā)射波長為589nm的單色光的單色光 . 假定光源向各個方向發(fā)射的能量是相同假定光源向各個方向發(fā)射的能量是相同的，試計算在單位時間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù)的，試計算在單位時間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù) .m100 . 13解解:2623m10)m100 . 1 (S172sJ105 . 24rSPE111s104 . 7hcEhEN 探測探測器器石石墨墨 X射線射線入射光入射光 波長波長 散射光散射光 波長波長 （波長）（波長）04590135（相對強度）（相對強度）I001.在散射在散射X 射線中除有與入射波射線中除有與入射波長相同的射線外，還有波長比入長相同的射線外，還有波長比入射波長更長的射線

39、射波長更長的射線 .2.波長的增加量波長的增加量 與散射角與散射角 有關。有關。03.當散射角當散射角 確定時，波長的確定時，波長的增加量增加量 與散射物質的性質與散射物質的性質無關。無關。4.散射的強度與散射物質有關。散射的強度與散射物質有關。原子量小的散射較強，即正常峰原子量小的散射較強，即正常峰較低。反之相反。較低。反之相反。 經(jīng)典電磁理論預言，散射輻射具有和入射輻射一樣的經(jīng)典電磁理論預言，散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率頻率 . 經(jīng)典理論無法解釋波長變化經(jīng)典理論無法解釋波長變化 .000vxy光子光子電子電子（1 1）物理模型物理模型四四 量子解釋量子解釋xy電子電子光子光子 電子反沖

40、速度很大，需用電子反沖速度很大，需用相對論動力學相對論動力學來處理來處理. . 入射光子（入射光子（ X 射線或射線或 射線）能量大射線）能量大 . . 固體表面電子束縛較弱，可視為固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電子近自由電子. . 電子熱運動能量電子熱運動能量 ，可近似為，可近似為靜止電子靜止電子. . heV101054hE 范圍為：范圍為：（2）理論分析理論分析xy00echechvme0e2200mchcmhvvmechech00動量守恒動量守恒2002)(cmvhmcechechm00v動量守恒動量守恒:2002)(cmvhmc(1)2420020022220242)(22cmh

41、cmhhhcm(3)cos2202222220222chchchmvechechm00v(2)2(4)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv(3)(4): 康普頓波長康普頓波長 nm1043. 2m1043. 23120Ccmh)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv2/ 1220)/1 (cmmv2sin2)cos1 (200cmhcmh 康普頓公式康普頓公式)cos1 (00cmhcc實驗總結的結果實驗總結的結果:2sin220KnmK00241. 0 散射光波長的改變量散射光波長的改變量 僅與僅與 有關有關0, 0Cmax2)(, 散射光子能量減小散射光子能量減小00,)