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1、第16章量子物理基礎(chǔ)自有人類科學(xué)記載以來(lái)，人們?cè)诮?jīng)典理論的統(tǒng)治下，“一切自然過(guò)程都是連續(xù)的”這個(gè)觀點(diǎn)被所有人自然接受。人們生活在宏觀世界里，對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)不可避免地有局限性十九世紀(jì)末、二十世紀(jì)初，隨著科學(xué)的進(jìn)步，人類認(rèn)識(shí)進(jìn)入微觀領(lǐng)域。在研究黑體輻射規(guī)律時(shí)，經(jīng)典理論遇到了不可逾越的困難。1§16.1熱輻射普朗克能量子假設(shè)——量子物理學(xué)的誕生實(shí)驗(yàn)指出：任何物體在任何溫度下都不斷地向周圍空間發(fā)射電磁波。輻射出的能量（電磁能）與T有關(guān)（當(dāng)然和l也有關(guān)），因此稱為熱輻射。一.熱輻射熱輻射:由溫度決定的物體的電磁輻射。頭部熱輻射像頭部各部分溫度不同，因此它們的熱輻射存在差異，這

2、種差異可通過(guò)熱象儀轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光圖象。2輻射和吸收達(dá)到平衡時(shí)，物體的溫度不再變化，此時(shí)物體的熱輻射稱為平衡熱輻射。物體輻射電磁波的同時(shí)，也吸收電磁波。物體輻射本領(lǐng)越大，其吸收本領(lǐng)也越大。室溫高溫吸收輻射白底黑花瓷片3單色輻射出射度（單色輻出度）：一定溫度T下，物體單位面元在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的波長(zhǎng)在?~?+d?內(nèi)的輻射能dM?與波長(zhǎng)間隔d?的比值輻出度：物體(溫度T)單位表面在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的輻射能，為溫度越高，輻出度越大。另外，輻出度還與材料性質(zhì)有關(guān)。?說(shuō)明4二.黑體輻射絕對(duì)黑體(黑體)：能夠全部吸收各種波長(zhǎng)的輻射且不反射和透射的物體?！芯繜彷椛涞睦硐牖Ｐ秃隗w輻射

3、的特點(diǎn)：與同溫度其它物體的熱輻射相比，黑體熱輻射本領(lǐng)最強(qiáng)煤煙約99%黑體模型物體熱輻射溫度材料性質(zhì)黑體熱輻射溫度材料性質(zhì)51.斯特藩——玻耳茲曼定律式中輻出度與T4成正比.2.維恩位移定律峰值波長(zhǎng)?m與溫度T成反比0.51.01.52.01050MB?(10-7×W/m2·?m)?(?m)可見(jiàn)光5000K6000K3000K4000K6MB??經(jīng)典理論試驗(yàn)曲線輻射出的能量M與T、l有關(guān)，與材料無(wú)關(guān)經(jīng)典理論：物體中的每個(gè)帶電粒子都是一個(gè)諧振子，一面振動(dòng)一面發(fā)射與其振動(dòng)頻率相同的電磁波。推出公式與實(shí)驗(yàn)曲線不符，在紫外區(qū)，稱為紫外災(zāi)難。7普朗克（德）為了揭示實(shí)驗(yàn)和理論之間

4、的矛盾，提出了一個(gè)與經(jīng)典理論格格不入的觀點(diǎn)：能量的取值是不連續(xù)的普朗克量子假設(shè)：1.諧振子的能量存在著最小的能量單元：2.諧振子輻射和吸收的能量只能是的整數(shù)倍：普朗克公式：——與實(shí)驗(yàn)規(guī)律符合——普朗克恒量8普朗克的能量子假設(shè)第一次向人們展示出：自然界中存在著這樣一些變化，它們的發(fā)生是躍變的、不連續(xù)的。這個(gè)思想就像一把金鑰匙，打開(kāi)了微觀世界的大門(mén)；普朗克的能量子假設(shè)對(duì)經(jīng)典物理是一個(gè)巨大的突破，從此量子力學(xué)誕生了。以普朗克的名字命名的現(xiàn)代物理學(xué)中最重要的普適恒量——h，可以和光速c相比。一個(gè)偉大的思想要被人們認(rèn)識(shí)并接受，是需要時(shí)間的，要經(jīng)過(guò)多次波折、反復(fù)，經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家

5、不懈的努力才能堅(jiān)定地邁出關(guān)鍵的一步。9愛(ài)因斯坦指出：光是由光子組成的粒子流，它不僅是一份份地被輻射、吸收，而且在空間傳播時(shí)也是聚集成一份份的能量集團(tuán)。光子具有的能量也是用光量子理論成功地解釋了光電效應(yīng)最早認(rèn)識(shí)到普朗克的能量子假設(shè)偉大意義的科學(xué)家是年輕的愛(ài)因斯坦。具有深刻洞察力的愛(ài)因斯坦意識(shí)到：經(jīng)典理論是在一定條件下成立的理論，不能應(yīng)用到微觀世界發(fā)生的過(guò)程。他從能量子假設(shè)中得到重要啟示，他不僅支持能量子觀點(diǎn)，而且還進(jìn)一步發(fā)展了量子假設(shè)，提出了光量子假設(shè)。10§16.2光電效應(yīng)愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)++++----e金屬導(dǎo)體內(nèi)有自由電子，但導(dǎo)體表面有一偶電層，電子不能逸出。通

6、過(guò)光照、加壓、加熱等方法，可使電子逸出。光照到金屬表面上，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律在KA間加電壓U，光電子便從K?A形成光電流i（I,n)AKG11實(shí)驗(yàn)規(guī)律:1.飽和電流入射光強(qiáng)度（頻率一定）oUin一定單位時(shí)間內(nèi)從陰極發(fā)射的光電子數(shù)和入射光強(qiáng)成正比。2.存在截止頻率（紅限）截止波長(zhǎng)3.遏止電壓：實(shí)驗(yàn)指出：即：光照到金屬表面上，從表面逸出的電子具有初動(dòng)能。若運(yùn)動(dòng)方向?qū)︻^，則沒(méi)有外場(chǎng)作用時(shí)，電子也能從K?A加負(fù)壓時(shí)，電子的初動(dòng)能全消耗在克服電場(chǎng)力做功上12on對(duì)不同金屬，曲線斜率相同光電子即時(shí)發(fā)射。只要，無(wú)論光強(qiáng)多大，滯后時(shí)間不超過(guò)最

7、大初動(dòng)能與無(wú)關(guān)，與有關(guān)133.光電子的產(chǎn)生應(yīng)與光照時(shí)間有關(guān)但實(shí)驗(yàn)指出：只需，無(wú)論多大，光電子立即逸出2.光電子的產(chǎn)生應(yīng)與無(wú)關(guān)只要足夠大，電子獲得的能量>逸出功時(shí)，光電子就可以逸出但實(shí)驗(yàn)指出：當(dāng)，無(wú)論多大，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。二.經(jīng)典物理與實(shí)驗(yàn)規(guī)律的矛盾1.初動(dòng)能應(yīng)和入射光強(qiáng)度成正比但實(shí)驗(yàn)指出：14三.愛(ài)因斯坦的光子理論1.光是以運(yùn)動(dòng)的粒子流——光子流不同的光子具有不同的能量2.每個(gè)光子具有能量3.光的強(qiáng)度決定于單位時(shí)間通過(guò)垂直于光方向上單位面積的光子數(shù)四.用光子理論解釋光電效應(yīng)不考慮相對(duì)論效應(yīng)151.飽和電流入射光強(qiáng)度（頻率一定）對(duì)同一的光：?光子