量子物理 量子假说.ppt

量子假说 量子假说这50年的沉思，并没有使我更接 近“什么是光量子”这个问题的 解决今天每个乡巴佬都自以为 知道它的答案，但是他错了 Einstein，在生命快结束时Date111普朗克假说普朗克提出的黑体辐射公式与当时最 精确的实验数据符合得很好 人们意识到，这其中必定蕴藏着一个 尚未被认识的重要的科学原理 结果发现，只要作如下简单假设，就 能从理论上推导出他找到的黑体辐射 公式(1900年12月14日)：粒子只能按能量等于e=hv的整数倍一份份地吸收或发 射频率为v的电磁波 通常把这一天看成量子理论的诞生日 由于这个重大贡献，普朗克被授予1918年度的诺贝尔 物理学奖Date211光量子假说 这意味着粒子的能量只能取特定的一组允许值 量子化公式e=hv代表热能转换为辐射能的最小单位，即 微观粒子为了产生辐射可以释放的微观动能的最小值 量子化在好几年里没有受到很多关注，但是它最终横扫 了整个物理学界 1905年，爱因斯坦在尝试解决光电效应的疑难时对量子 假说做了深入分析，提出光的量子假说： 辐射场由具有能量和动量的光量子构成 Planck-Einstein关系这个假说完美地解释了 光电效应的特性光量子的能量电子动能逸出功Date311对量子假说的分析 由普朗克的量子化假说可以推断，振动粒子所释放的光 的能量必须是 hv 的整数倍。

于是，振动粒子的能量必定是量子化的，它的能量的改 变也只能是分立的 能量守恒意味着，改变的能量必须在瞬间转变成光，这 样，由振动的带电粒子发出的辐射必定是一股一股的 因此，电磁辐射永远以一个一个能量包或者小粒子的形 式出现 这些辐射粒子叫做光子，它们携带的能量必定等于振动 粒子的能量改变 光子携带能量的允许值叫做能量量子 光子的静质量等于零，永远以光速运动Date411光量子论例题：钠的逸出功 钠的逸出功是2.3eV，要在钠的内部打出电子，光的波 长不能大于 Å (c = 3×108m/s，h = 6.626×10-34J.s， 1eV = 1.6×10-19J，1 Å=10-10米 ) A) 3800 B) 7600 C) 4500 D) 5400 由逸出功的定义得，要打出 电子，光子的能量必须满足 由此得到光子的波长必须满足Date511光量子论例题：钠的光电效应 波长等于5400Å 的光照射到钠的表面时开始发射电子 如果一束光照射到钠的表面，出射电子具有 1.2eV 的动 能，这束光的波长等于 Å (c = 3×108m/s，h = 6.626×10-34J.s， 1eV = 1.6×10-19J，1 Å=10-10米 ) A)1350 B)5350 C)6350 D)3550Date611光量子假说的意义 在1905年，科学家对量子化并不适应。

没有人知道，这 是向不能纳入经典物理学框架的未知世界迈出的第一步! 光量子论首次表明有可能用量子假说解决经典物理学的 其它困难爱因斯坦的独创性、智力上的勇气、 物理洞察力和对简洁解释的追求赢得 了胜利 由于对理论物理的贡献，特别是阐明 了光电效应定律，爱因斯坦被授予 1921年度的诺贝尔物理学奖Date711康普顿散射模型 最终验证光量子假说的实验叫做康普顿散射 1912年，Sadler 和 Meshan 发现，x-射线被轻原子量的 物质散射后，波长变长了； 1923年，康普顿指出，这个现象是当x-射线光子与核外 电子碰撞时，部分能量被电子带走所引起的 假设在碰撞前电子的速度很小，可以被当作是静止的； 另一方面，轻原子的原子核对核外电子的束缚比较弱， 电子可以被看作自由电子 假定在碰撞过程中系统的总能量 和动量守恒 由能量守恒方程得出 利用电子的能量—动量关系利用动量守恒方程方程两边的三个平方项全部相消Date811康普顿散射的预言 剩下的非平方项构成如下方程整理两边之后得到电子的康普顿波长实验结果与理论预言完全一致，是对光量子概念的一个 直接而强有力的支持； 这个实验还证实，普朗克—爱因斯坦关系在定量上是正 确的； 并且最终证明能量动量守恒定律适用于任何物理过程。

Date911光的波粒二象性的证据 这就带来了一个问题：辐射到底是波还是粒子？光量子 理论的成功是否会使科学家最终摈弃波动学说呢？ 结果表明，自然界并不让我们摈弃波动理论干涉图样 就是光波的直接证据 于是我们有了两个互不相容的电磁理论：干涉实验要求 用波动理论解释，而光电效应则要求光的粒子理论 辐射能够同时既是波又是粒子，这是难以想象的请 试着想一想) 光具有波粒二象性，证据来 自极微弱光强下的多时间段 曝光照相 由此可以推断：光波产生的图样来自大量的光子 不过，这仅仅是在目前的知识水平上的理解Date1011什么是光量子 不管怎样理解，都可以这样认为，光是粒子性与波动性 的统一体，在不同的条件下表现出不同的特性 在光的双缝实验中，是什么原因使随机地撞击屏幕的单 个光子能够避开干涉图样中未来的暗区而优先打在未来 的亮纹上呢？ 虽然对这个问题的探讨持续了几十年，但是，科学最终 还是不知道它的答案 这50年的沉思，并没有使我更接近 “什么是光量子”这个问题的解决 今天每个乡巴佬都自以为知道它 的答案，但是他错了 Einstein，在生命快结束时Date1111。