量子理论的起源课件.pptx

1、 量子理论的起源量子理论的起源一一.热辐射热辐射任何物体在任何温度下都在向外发射电任何物体在任何温度下都在向外发射电磁波，磁波，这种由于物体中的分子、原子受这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征仅与温度有关。所辐射电磁波的特征仅与温度有关。物体随温度升高时的颜色变化物体随温度升高时的颜色变化 T24.1 黑体辐射和普朗克的量子假设黑体辐射和普朗克的量子假设影响物体热辐射的因素影响物体热辐射的因素(1).材料材料同一温度下同一温度下,不同材料的物体有不同的热辐射不同材料的物体有不同的热辐射;(2).温度温度同一物体同

2、一物体,温度越高温度越高,热辐射越强。热辐射越强。注意注意:1.物体在热辐射的同时，也在吸收周围物体发出的辐射能物体在热辐射的同时，也在吸收周围物体发出的辐射能;吸收能力与物体的材料和表面状况有关吸收能力与物体的材料和表面状况有关;2.物体吸收辐射的能力随波长和温度而变化物体吸收辐射的能力随波长和温度而变化;3.高温物体辐射能高温物体辐射能 吸收能，导致物体温度下降。吸收能，导致物体温度下降。二二.有关辐射的物理量有关辐射的物理量单色辐射本领单色辐射本领(单色幅出度单色幅出度)单位时间内，温度为单位时间内，温度为T的物体单位面积上发射的波长在的物体单位面积上发射的波长在 +d 范围内的辐射能范

3、围内的辐射能dE 与波长间隔与波长间隔d 的比值的比值单色幅出度与物体的温度和辐射波长有关单色幅出度与物体的温度和辐射波长有关总幅出度总幅出度单位时间内从单位面积上发射的各种波长的总辐射能单位时间内从单位面积上发射的各种波长的总辐射能总幅出度仅与物体的温度有关总幅出度仅与物体的温度有关三三.黑体辐射黑体辐射黑体黑体 有一类物体，不论组成成分，在相同的温度下，发射有一类物体，不论组成成分，在相同的温度下，发射相同的光谱，相同的光谱，其表面吸收所有的热辐射，无反射光其表面吸收所有的热辐射，无反射光。理想化模型理想化模型煤煤 灰体灰体(99%)不透明的材料制成带小孔的的不透明的材料制成带小孔的的空腔

4、空腔,可近似看作黑体。可近似看作黑体。黑体模型黑体模型 对于给定温度对于给定温度T ，黑体的，黑体的单色辐出度单色辐出度E(,T)有一最大值有一最大值,其对应波长为其对应波长为 m。黑体的辐出度按波长分布曲线黑体的辐出度按波长分布曲线维恩位移定律维恩位移定律E(,T)O 1700K1500K1300K1100K热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。曲线下的面积曲线下的面积 黑体在一定温度黑体在一定温度T下的总幅出度下的总幅出度斯特藩斯特藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律E(,T)O 1700K1500K1300K1100K四四.普朗克量子

5、假设普朗克量子假设考虑黑体单色幅出度考虑黑体单色幅出度E(,T)古典物理学的理论公式古典物理学的理论公式1.维恩公式维恩公式短波区短波区2.瑞利瑞利-金斯公式金斯公式长波区长波区o实验值/m)(0TM维恩线维恩线瑞利瑞利-金斯线金斯线紫紫外外灾灾难难普普朗朗克克线线12345678普朗克普朗克普朗克常量普朗克常量2.普朗克能量子假设普朗克能量子假设(1).辐射黑体由带电谐振子组成辐射黑体由带电谐振子组成,谐振子的能量不连续谐振子的能量不连续,是某一最是某一最小能量单元小能量单元 0的整数倍的整数倍n;能量子能量子(量子量子)(2).物体辐射或吸收能量时物体辐射或吸收能量时,其总能量只能是其总能

6、量只能是hv的整数倍的整数倍.n 量子数量子数普朗克能量子假设普朗克能量子假设1.普朗克公式普朗克公式例例.188页页 24-16？解解:例例.188页页 24-17？解解:24.2 光光 电电 效效 应应赫兹赫兹AVKA光电子光电子光光电电流流一一.光光 电电 效效 应应IUOHIaU光强较强光强较强HI光电效应的伏安特性曲线光电效应的伏安特性曲线1.实验现象实验现象(1).入射光的光强及频率不变入射光的光强及频率不变,加速电压加速电压U增加增加,光电流光电流I增加增加;且且U增大到某一定值时增大到某一定值时,光电流达到饱和值光电流达到饱和值Is;(2).加速电压加速电压U下降下降,光电流光

7、电流I也下降也下降,但但U=0时时,仍有光电流仍有光电流;当当U变变 负负,U减小到某一定值减小到某一定值Ua时时,光电流为零光电流为零;(3).用相同频率不同光强的光入射用相同频率不同光强的光入射,光强增大光强增大,饱和电流增大饱和电流增大;但遏止电压但遏止电压Ua不变不变;遏止电压遏止电压(4).用不同频率的光入射用不同频率的光入射,频率越高频率越高,Ua越大越大;当当vv0时时,若若Ua=0,无无 光电流光电流;(5).有光入射到电极上有光入射到电极上,马上有光电流马上有光电流.v0 截止频率截止频率/红限红限2.实验规律实验规律(1).饱和电流饱和电流Is的大小与入射光强度成正比的大小

8、与入射光强度成正比;即单位时间内即单位时间内,电极电极上上 放出的电子数与入射光的强度成正比放出的电子数与入射光的强度成正比;(2).光电子的最大初动能光电子的最大初动能(或遏止电压或遏止电压)与入射光的强度无关与入射光的强度无关,只只与入射光的频率有关与入射光的频率有关,频率越高频率越高,光电子的能量越大光电子的能量越大;(3).入射光的频率低于材料的红限入射光的频率低于材料的红限v0,则无光电流则无光电流;(4).光的照射与光电子的发射几乎同时光的照射与光电子的发射几乎同时.二二.爱因斯坦的光子理论爱因斯坦的光子理论爱因斯坦爱因斯坦1.1.光电子的初动能应决定于入射光的光电子的初动能应决定

9、于入射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于光强，即决定于光的振幅而不决定于光的频率。光的频率。光的波动说的缺陷光的波动说的缺陷2.2.无法解释红限的存在。无法解释红限的存在。3.3.无法解释光电效应的产生几乎无须无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。时间的积累。光量子假设光量子假设1.光是一束以光速运动的粒子流光是一束以光速运动的粒子流,粒子粒子 光量子光量子(光子光子);2.每一光子的能量每一光子的能量=hv,不同的频率的光具有不同的能量不同的频率的光具有不同的能量.光电效应方程光电效应方程(爱因斯坦方程爱因斯坦方程)金属中的电子吸收了光子的能量金属中的电子吸收了光子的能量hv,一部分用

10、于克服金属的一部分用于克服金属的束缚束缚A,另一部分转换为光电子的动能另一部分转换为光电子的动能Ek逸出功逸出功 对光电效应的解释对光电效应的解释1.光强增加光强增加 光子数增多光子数增多 单位时间内放出的光电子数增多单位时间内放出的光电子数增多;饱和电流饱和电流(光电子数光电子数)与入射光的强度成正比与入射光的强度成正比2.光子能量光子能量 电子逸出功电子逸出功 电子无法挣脱金属的束缚电子无法挣脱金属的束缚 v 0的成分的成分;(2).改变散射角改变散射角,波长差波长差=-0及波长及波长 的光强均随角增大而增的光强均随角增大而增 大大,同时原波长同时原波长 0的光强减小的光强减小;(3).同

11、一散射角下同一散射角下,对所有散射物质对所有散射物质,波长的偏移波长的偏移都相等都相等;(4).对原子量小的物质对原子量小的物质,康普顿散射较强康普顿散射较强,对原子量大的物质对原子量大的物质,康普康普 顿散射较弱顿散射较弱.二二.光子理论对康普顿效应的解释光子理论对康普顿效应的解释1.成分与成分与 0成分的解释成分的解释光子与散射物质的电子弹性碰撞光子与散射物质的电子弹性碰撞碰撞中光子的部分能量传给电子碰撞中光子的部分能量传给电子 光子能量减小光子能量减小 频率降低频率降低 波长变长波长变长光子与内层电子碰撞光子与内层电子碰撞 电子束缚紧电子束缚紧 光子相当于与整个原子相碰光子相当于与整个原

12、子相碰 原子质量大原子质量大 光子方向改变光子方向改变,能量几乎不变能量几乎不变 波长不变波长不变2.原子量与散射强弱的关系原子量与散射强弱的关系原子序数大原子序数大 内层电子数多内层电子数多 0的强度增大的强度增大 散射较弱散射较弱3.与与 的关系的关系静止静止 00000nchphEr rr rn n=n n=020=eepcmEr rnchphEr rr rn n=n n=vmpmcEeer rr r=2能量和动量守恒定律能量和动量守恒定律康普顿散射公式康普顿散射公式康普顿波长康普顿波长 波长改变与散射物质无关波长改变与散射物质无关,仅决定于散射角；波长改变随散仅决定于散射角；波长改变随

13、散射角增大而增加。射角增大而增加。例例.188页页 24-26？解解:(1)(2)例例.188页页 24-27？解解:例例.188页页 24-29？解解:一一.氢原子光谱氢原子光谱原子光谱原子光谱(线状光谱线状光谱)光谱仪分光后形成一系列光谱线，每一条光谱线对应一种波长光谱仪分光后形成一系列光谱线，每一条光谱线对应一种波长原子光谱的特点原子光谱的特点1.一定元素的原子光谱包含了完全确定的波长成分一定元素的原子光谱包含了完全确定的波长成分,不同元素的不同元素的 光谱成分各不相同光谱成分各不相同;2.每种元素的原子光谱中谱线按一定规律排列每种元素的原子光谱中谱线按一定规律排列,组成线系组成线系.2

14、4.4 玻尔的量子假设与玻尔模型玻尔的量子假设与玻尔模型二二.氢原子光谱的经验公式氢原子光谱的经验公式里德伯公式里德伯公式可见光波段可见光波段(巴尔末系巴尔末系)里德伯常量里德伯常量氢原子线系氢原子线系赖曼系，紫外区赖曼系，紫外区巴尔末系，可见光区巴尔末系，可见光区帕邢系，红外区帕邢系，红外区布拉开系，红外区布拉开系，红外区普丰德系，红外区普丰德系，红外区汉弗莱系，红外区汉弗莱系，红外区汉森与斯特朗，红外区汉森与斯特朗，红外区三三.氢原子的玻尔模型氢原子的玻尔模型卢瑟福卢瑟福卢瑟福的原子模型卢瑟福的原子模型原子将原子将“崩塌崩塌”原子是不稳定的系统原子是不稳定的系统1.定态假设定态假设玻尔理论

15、的基本假设玻尔理论的基本假设2.频率条件频率条件 原子系统只能处于一些不连续而又稳定原子系统只能处于一些不连续而又稳定的能量状态的能量状态(定态定态)定态中定态中,电子作加速运动电子作加速运动,但不辐射或吸收能量但不辐射或吸收能量E1,E2,E3,原子从一定态向另一定态跃迁时原子从一定态向另一定态跃迁时,辐射或吸收一光子的能量辐射或吸收一光子的能量玻玻 尔尔3.量子化条件量子化条件电子作圆周运动时的角动量电子作圆周运动时的角动量L等于等于h/2 的整数倍的整数倍量子数量子数氢原子轨道半径和能量的计算氢原子轨道半径和能量的计算 根据电子绕核作圆周运动的模型及角动量量子化条件可根据电子绕核作圆周运

16、动的模型及角动量量子化条件可以计算出氢原子处于各定态时的电子轨道半径。以计算出氢原子处于各定态时的电子轨道半径。玻尔半径玻尔半径 电子处在半径为电子处在半径为rn的轨道上运动时，可以计算出氢原子系的轨道上运动时，可以计算出氢原子系统的能量统的能量En为为能量是量子化的能量是量子化的基态能级基态能级的定态称为的定态称为受激态；受激态；时时原子处于原子处于电离状态电离状态 根据氢原子的能级及玻尔假设，可以得到氢原子从能根据氢原子的能级及玻尔假设，可以得到氢原子从能级级En向向Em跃迁时的辐射频率为跃迁时的辐射频率为与氢原子光谱经验公式相比，得与氢原子光谱经验公式相比，得1-73204m100973732.18=chmeRR R 理论值与实验值符合得很好。理论值与实验值符合得很好。例例.188页页 24-30？解解:例例.188页页 24-32？解解:(1)(2)4321abcdef例例.188页页 24-33？解解: