第一节何等的
黑体辐射
困难。然而，历史很快作出了判断，1922年，
爱因斯坦因光电效应获诺贝尔物理奖。
光电效应
光 谱
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（一）光谱 • 光谱是电磁辐射（不论在可见区或在可见区外）的波 长成分和强度分布的记录；有时只是波长成分的记录。 • 光谱是研究原子结构的重要途径之一。 （二）光谱仪 光谱仪：能将混合光按不同波长成分展开成光谱的仪 器。 光谱仪的组成：光源、分光器、记录仪，若装有照相 设备，则称为摄谱仪。
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 例如,用光强为 1 / m 2 的光照到钠金属表 面,根据经典理论的推算,至少要 107 秒（约 合120多天）的时间来积聚能量,才会有光电 子产生；事实上,只要ν >ν 0 ,就立即有光电 子产生,可见理论与实验产生了严重的偏离. 此外，按照经典理论，决定电子能量的是光 强,而不是频率.但实验事实却是：
光电效应
光 谱
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 早在1887年,德国物理学家赫兹第一个观察 到用紫光照射的尖端放电特别容易发生，这实 际上是光电效应导致的.由于当时还没有电子 的概念,所以对其机制不是很清楚. 直到1897年汤姆逊发现了电子.人们才注意 到一定频率的光照射在金属表面上时,有大量 电子从表面逸出，人们称之为光电效应。光 电效应呈现出以下特点： 1．对一定金属有一个临界频率v0 ,当ν <ν 时,无论光强多大,无电子产生；
黑体辐射实验
前者导致了相对论的诞生后，后者导致了量 子论的诞生。
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经典力学、 经典电磁场理论、 经典统计力学
在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云
（1）“紫外灾难”，经典理论得出的瑞利－金斯公 式，在高频部分辐射本领趋无穷。（2）“以太漂 移”，迈克尔逊－莫雷实验表明，不存在以太。 两大困惑：“夸克禁闭”和“对称性 破缺
维恩位移律
maxT b
绝对黑体的单色能量密度按波长分布曲线 E()

0 1 2 3 4 5 6 (μ)
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 1900年瑞利-琼斯仍在经典物理的基础 上建立了另一个理论导出了另一个公式: 从经典能量按自由度均分定律
黑体辐射
E ,T
8
(E()
实验值
瑞利—金斯 维恩
o
1
2
3
4
5
6
7
8
9
λ (μ )
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
黑体辐射量子解释1900年10月19日，德过物 理学家普朗克（Planck）在一次物理学会议上 公布了一个公式:
8hv E ( v, T ) 2 c
2
黑体辐射
1
hv
光电效应
光 谱
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黑体辐射
光电效应
光 谱
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 十九世纪中期，物理学理论在当时看来已 经发展到了相当完善的阶段，那时，一般的 物理现象都可以用相应的理论加以解释。 物体的宏观机械运动，准确地遵从牛顿力 学规律；电磁现象被总结为麦克斯韦方程； 热现象有完整的热力学及统计物理学；„„； 物理学的上空可谓晴空万里，在这种情况 下，有许多人认为物理学的基本规律已完全 被揭示，剩下的工作只是把已有的规律应用 到各种具体的问题上，进行一些计算而已。
1 爱因斯坦公式 h mVo2 A eVo A 2 1、光电子获得能量与光强无关，与频率有关
2、遏止电势与频率成线性关系
3、当入射光频率大于频率o时， 才会产生光电效应
I
a
V0
b
-V0
O
V
O
υo
υ
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 1916年，美国物理学家密立根通过实验，
2
光电效应

4
kT
光
谱
它在长波部分和实验结果符合的较好, 但在短波部分给出了太大的数值.就这 样经典物理遭遇到难以克服的困难.
为了正确而全面地说明实验结果,找 到自然规律,必须寻求新的理论.
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到十九世纪末，试图利用当时的物理学概念 和理论来说明黑体能量分布的一切努力，都完全 失败。
Automic Physics 原子物理学
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 背景知识 玻尔模型 光 谱
夫兰克--赫兹实验 玻尔理论的推广
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
卢瑟福模型把原子看成由带正电的原子核 和围绕核运动的一些电子组成，这个模型成 功地解释了α粒子散射实验中粒子的大角度 散射现象
hv Tmax
1 2 W逸出 mvmax W逸出 T (4) 2
(4)式表明：对于给定的金属(φ 给定)，T 与V 成线性关系。直线的斜率就是 h ,所以对不同 的靶来说，这条线的斜率是相同的。
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光电效应的量子解释
辐射场是由光量子（光子）组成，即光具有粒子的特性， 光子既有能量又有动量。 h
back
0
黑体辐射
光电效应
光 谱
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 2．当ν >ν 0 时，无论光多弱，立即有光电子 产生； 3．光电子能量只与照射光的频率有关。光强 只影响光电子的数目。
黑体辐射
光电效应
光 谱
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第二章：原子的量子态：玻尔模型 第一节：背景知识
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黑体辐射
光电效应
光 谱
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
到了十九世纪末期，物理学晴朗的天空出 现了几朵令人不安的“乌云”，在物理学中 出现了一系列令人费解的实验现象。物理学 遇到了严重的困难，其中两朵最黑的云分别 是：
黑体辐射
光电效应
光 谱
麦克尔逊--莫雷实验 和
e c 1
2
h = 6.6260755×10－34 J· s
上式中的 h 就是著名的普朗克常量，其曲 线与实验值完全吻合，而这一公式是普朗克根 据实验数据猜出来的。由此公式当v->0和v>∞时分别都可得到与瑞利--金斯和维恩公式 相同的形式。
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
1. 热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波 长的电磁波，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。所辐射电 磁波的特征仅与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K
1400K
物体可辐射能量也可吸收能量，当辐射和吸收的能 量恰相等时称为热平衡。此时物体温度恒定不变。
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二、量子假说根据之二：光电效应 光电效应的实验规律 １、遏止电势－与入射光强无关 －光电子的最大能量与光强无关 1 mVo eVo 2 ２、截止频率或红限频率 只有当入射光频率 大于一定的 频率o时， 才会产生光电效应
I
a
V0
b
O
-V0 O V
υo
υ
只有当入射光频率 大于一定的频率o时， 才会产生 光电效应 。光电子的能量只与光的频率有关，与光强无 关，光频率越高，光电子能量越大 3、驰豫时间－当>o 测到光电子 光一照上，几乎立刻（ <10－９s ）观 ，
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经过近二个月的努力，普朗克在同年12月14日的一 次德国物理学会议上提出：
能量量子化的假设
(1)黑体的腔壁由无数个带电的谐振子 组成的. (2)这些谐振子所具有的能量是分立的 .物体只能以 h为单位吸收或发射 它，即吸收或发射电磁波只能以“ 量子”方式进行，每一份能量叫一 能量子。
c v, T v, T 4
问题：在实验中如何测能量谱密度（，T） 2、斯特藩定律－黑体辐射的总本领与它的 绝对温度的四次方成正比
r v, T
RT T
4
5.67 10 W / cm K
12 2
4

第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 黑体辐射的经典 解释1896年,维恩以 经典物理为基础,认 为能量的吸收和发 射都是连续的,导出 了一个公式:
黑体辐射
证实了(4)式的正确性,并精确测定了普朗克
常数h；但他还是认为："尽管爱因斯坦的公 式是成功的,但其物理理论是完全站不住脚." 不仅如此，1913年包括普朗克在内的德国最 著名的物理学家也都认为，爱因斯坦的光量
光电效应
光 谱
子理论是他在思辩中"迷失了方向".
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
光谱仪的组成：光源、分光器、记录仪，若 装有照相设备，则称为摄谱仪。
黑体辐射
光电效应
光 谱
可是当我们准备进入原子内部作进一步的考 察时，却发现已经建立的物理规律无法解释 原子的稳定性，同一性和再生性。
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识 玻尔（N.Bohr）基于卢瑟福原子模型， 原子光谱的实验规律以及普朗克的量子化概 念，于1913年提出了新的原子模型并成功地 建立了氢原子理论，解释了氢光谱的产生， 玻尔理论还可以准确地推出巴尔末公式，并 能算出里德伯常数的理论值。 不过当玻尔理论应用于复杂一些的原子 时，就与实验事实产生了较大的出入。这说 明玻尔理论还很粗略，直到1925年量子力学 建立以后，人们才建立了较为完善的原子结 构理论。