量子物理第1節普朗克能量子理論

QuantumTheoryof

Planck

能量量子化的概念是德國物理學家普朗克為解釋黑體輻射現象提出的。1700K1500K1300K

右圖為不同溫度下，黑體輻射能量與各種波長的關系圖。1經典理論的解釋2.瑞利-瓊斯(Rayleigh-Jeans)

用能量均分定理、電磁理論得出：T=1646K只適于長波1.維恩(Wien)

根據經典熱力學得出：——“紫外災難”。——只適于短波在黑體輻射研究中經典物理失敗!實測瑞利-瓊斯維恩理論值23.普朗克黑體輻射公式在全波段與實驗結果驚人符合!

普朗克的能量子假說E=n=nh

n=1,2,3…...物體輻射或吸收能量E:(1)物體輻射的能量是分立值（能量不是連續的）

(2)存在著能量的最小單元：能量子

其中k,c

分別是玻爾茲曼常數和光速,T是黑體的絕對溫度。=h

h=6.626075510-34J·s

——普朗克常數19183第2節光電效應

PhotoelectricEffectUG一、實驗簡述實驗裝置見右圖二、實驗規律(2)飽和光電流強度與入射光強度成正比。光電流隨U增加Ua312UIIS0(1)對一定光強，光電流強度I

隨電壓U增加。(3)I=0時

U=–Ua,

Ua

:

遏止電壓。4相同頻率不同入射光強度(5)光電子的初動能與入射光強度無關，而隨入射光的頻率線性增加。只有當入射光頻率

大于一定的頻率

0（紅限頻率)時，才會產生光電效應。(4)

遏止電壓的大小反映光電子初動能的大小,

光電子的最大初動能為：(6)光電效應具有瞬時性，響應速度很快,延遲時間不超過10-9s。

Ua312UIIS05

光波是連續傳播的，只要入射光有足夠的強度，任何頻率的入射光都應產生光電效應。三、經典理論的解釋極其困難按照光的經典電磁理論：

光電子的最大初動能應決定與入射光的強度而不是頻率。

光電子需吸收一定的能量才能逸出金屬表面，(陰極電子積累能量克服逸出功需要一段時間)，光電效應不可能瞬時發生！6第3節光子愛因斯坦光電方程

PhotonPhotoelectricEquation

愛因斯坦在能量子假說的基礎上提出光子理論：

一束光,是一束以光速運動的粒子流,這些粒子稱為光量子(光子)。光的能量不是均勻地分布在波陣面上,而是集中在微粒上每個頻率為

的單個光子的能量為：

=h1921一、光子二、光子假說對光電效應的解釋入射光強度越大,光子數越多,光子與電子相互作用的數目越多,逸出的光電子數目多

——飽和光電流與入射光強度成正比。7(3)當光照射金屬時，電子吸收能量是一次性的，不需要能量積累,電子逸出是瞬間,無時間延遲。所以當

＜A/h時，不發生光電效應。產生光電效應的最小頻率——紅限頻率：(2)最大初動能與頻率成線性關系一個光子被一個電子所吸收，使電子獲得h

的能量，一部分用于脫離金屬表面,由能量守恒可得最大初動能：逸出功紅限波長——愛因斯坦的光電方程8實驗規律：散射光中除了有波長與入射光相同的成份外，還有波長大于原波長的成份。波長的變化量與散射角有關,而與原波長和散射物質無關。第4節

康普頓效應

ComptonEffectX射線管石墨晶體檢測器入射光

o準直系統散射光

一、康普頓效應的實驗規律19279

實驗結果：(1)散射的光線中有與入射波長

0相同的射線,也有波長

>0的射線。(2)散射光波長的改變量

＝

－

o

隨散射角

的增加而增加。(3)對同一散射角

,

波長的增加量

相同,與散射物質無關。(4)康普頓散射的強度與散射物質有關。原子量小的散射物質，康普頓散射(波強)較強，反之康普頓散射(波強)較弱。I

=0o

I

=45oI

=90oI

=135o

010

由于物質中的外層電子的動能遠小于入射光子的動能,碰撞前電子可以看作是靜止的。碰撞過程中,光子的一部分能量傳遞給電子，能量減小,頻率減小,因而波長增大。二、康普頓效應的量子解釋X射線光子與“靜止”的“自由電子”彈性碰撞:碰撞前后系統的能量與動量守恒電子相對論質量能量守恒動量守恒e

-散射的光子反沖電子入射光子11解得散射光子波長偏移可見:

與

0無關只與散射角

有關,

,

。

所以X射線光子與束縛很緊的電子碰撞:

光子與內層電子的碰撞可看作是與原子的碰撞。由于原子的質量遠大于光子,碰撞過程中光子的能量幾乎不變,因而波長保持不變。——Compton波長12e

-散射的光子反沖電子入射光子例.波長為2.0?的X射線射到碳塊上,由于康普頓散射，波長改變0.04％，求：(1)該光子的散射角;

(2)使這個光子散射的反沖電子的能量。解：(1)由已知條件解出:(2)由能量守恒,反沖電子獲得的能量即光子損失的能量：電子13

第