《量子物理 量子假說.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、量子假說量子假說這50年的沉思，并沒有使我更接近“什么是光量子”這個(gè)問題的解決。今天每個(gè)鄉(xiāng)巴佬都自以為知道它的答案，但是他錯(cuò)了。Einstein，在生命快結(jié)束時(shí)8/17/2021111普朗克假說普朗克提出的黑體輻射公式與當(dāng)時(shí)最精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好。人們意識(shí)到，這其中必定蘊(yùn)藏著一個(gè)尚未被認(rèn)識(shí)的重要的科學(xué)原理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只要作如下簡單假設(shè)，就能從理論上推導(dǎo)出他找到的黑體輻射公式(1900年12月14日)：粒子只能按能量等于e=hv的整數(shù)倍一份份地吸收或發(fā)射頻率為v的電磁波。通常把這一天看成量子理論的誕生日。由于這

2、個(gè)重大貢獻(xiàn)，普朗克被授予1918年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。8/17/2021211光量子假說這意味著粒子的能量只能取特定的一組允許值。量子化公式e=hv代表熱能轉(zhuǎn)換為輻射能的最小單位，即微觀粒子為了產(chǎn)生輻射可以釋放的微觀動(dòng)能的最小值。量子化在好幾年里沒有受到很多關(guān)注，但是它最終橫掃了整個(gè)物理學(xué)界。1905年，愛因斯坦在嘗試解決光電效應(yīng)的疑難時(shí)對(duì)量子假說做了深入分析，提出光的量子假說：輻射場由具有能量和動(dòng)量的光量子構(gòu)成Planck-Einstein關(guān)系這個(gè)假說完美地解釋了光電效應(yīng)的特性光量子的能量電子動(dòng)能逸出功8/17

3、/2021311對(duì)量子假說的分析由普朗克的量子化假說可以推斷，振動(dòng)粒子所釋放的光的能量必須是hv的整數(shù)倍。于是，振動(dòng)粒子的能量必定是量子化的，它的能量的改變也只能是分立的。能量守恒意味著，改變的能量必須在瞬間轉(zhuǎn)變成光，這樣，由振動(dòng)的帶電粒子發(fā)出的輻射必定是一股一股的。因此，電磁輻射永遠(yuǎn)以一個(gè)一個(gè)能量包或者小粒子的形式出現(xiàn)。這些輻射粒子叫做光子，它們攜帶的能量必定等于振動(dòng)粒子的能量改變。光子攜帶能量的允許值叫做能量量子。光子的靜質(zhì)量等于零，永遠(yuǎn)以光速運(yùn)動(dòng)8/17/2021411光量子論例題：鈉的逸出功鈉的逸出功是2

4、.3eV，要在鈉的內(nèi)部打出電子，光的波長不能大于?。(c=3×108m/s，h=6.626×10-34J.s，1eV=1.6×10-19J，1?=10-10米)A)3800B)7600C)4500D)5400由逸出功的定義得，要打出電子，光子的能量必須滿足由此得到光子的波長必須滿足8/17/2021511光量子論例題：鈉的光電效應(yīng)波長等于5400?的光照射到鈉的表面時(shí)開始發(fā)射電子。如果一束光照射到鈉的表面，出射電子具有1.2eV的動(dòng)能，這束光的波長等于?。(c=3×108m/s，h=6.626×10-34J.s，

5、1eV=1.6×10-19J，1?=10-10米)A)1350B)5350C)6350D)35508/17/2021611光量子假說的意義在1905年，科學(xué)家對(duì)量子化并不適應(yīng)。沒有人知道，這是向不能納入經(jīng)典物理學(xué)框架的未知世界邁出的第一步!光量子論首次表明有可能用量子假說解決經(jīng)典物理學(xué)的其它困難。愛因斯坦的獨(dú)創(chuàng)性、智力上的勇氣、物理洞察力和對(duì)簡潔解釋的追求贏得了勝利。由于對(duì)理論物理的貢獻(xiàn)，特別是闡明了光電效應(yīng)定律，愛因斯坦被授予1921年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。8/17/2021711康普頓散射模型最終驗(yàn)證光量子假說

6、的實(shí)驗(yàn)叫做康普頓散射。1912年，Sadler和Meshan發(fā)現(xiàn)，x-射線被輕原子量的物質(zhì)散射后，波長變長了；1923年，康普頓指出，這個(gè)現(xiàn)象是當(dāng)x-射線光子與核外電子碰撞時(shí)，部分能量被電子帶走所引起的。假設(shè)在碰撞前電子的速度很小，可以被當(dāng)作是靜止的；另一方面，輕原子的原子核對(duì)核外電子的束縛比較弱，電子可以被看作自由電子。假定在碰撞過程中系統(tǒng)的總能量和動(dòng)量守恒由能量守恒方程得出利用電子的能量—?jiǎng)恿筷P(guān)系利用動(dòng)量守恒方程方程兩邊的三個(gè)平方項(xiàng)全部相消8/17/2021811康普頓散射的預(yù)言剩下的非平方項(xiàng)構(gòu)成如下方程整理

7、兩邊之后得到電子的康普頓波長實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言完全一致，是對(duì)光量子概念的一個(gè)直接而強(qiáng)有力的支持；這個(gè)實(shí)驗(yàn)還證實(shí)，普朗克—愛因斯坦關(guān)系在定量上是正確的；并且最終證明能量動(dòng)量守恒定律適用于任何物理過程。8/17/2021911光的波粒二象性的證據(jù)這就帶來了一個(gè)問題：輻射到底是波還是粒子？光量子理論的成功是否會(huì)使科學(xué)家最終擯棄波動(dòng)學(xué)說呢？結(jié)果表明，自然界并不讓我們擯棄波動(dòng)理論。干涉圖樣就是光波的直接證據(jù)。于是我們有了兩個(gè)互不相容的電磁理論：干涉實(shí)驗(yàn)要求用波動(dòng)理論解釋，而光電效應(yīng)則要求光的粒子理論。輻射能夠同時(shí)既是波又是

8、粒子，這是難以想象的。(請(qǐng)?jiān)囍胍幌?光具有波粒二象性，證據(jù)來自極微弱光強(qiáng)下的多時(shí)間段曝光照相。由此可以推斷：光波產(chǎn)生的圖樣來自大量的光子。不過，這僅僅是在目前的知識(shí)水平上的理解。8/17/20211011什么是光量子不管怎樣理解，都可以這樣認(rèn)為，光是粒子性與波動(dòng)性的統(tǒng)一體，在不同的條件下表現(xiàn)出不同的特性。在光的雙縫實(shí)驗(yàn)中，是什么原因使隨機(jī)地撞擊屏幕的單個(gè)光子能夠避開干涉