物理量子物理基础

2）.这些光粒子称为光量子，也称为光子，每一光子
的能量也是ε= h。
h=6.6310-34 J•s —— 普朗克常数
n 3）.光的能流密度I(光强): In h
------单位时间内通过单位面积的光能。
单位时间 内通过单 位面积的 光子数。
物理量子物理基础
13
2. 光电效应方程
h1mv2 A 2
h
爱因斯坦、玻尔勇敢地闯了进去！
物理量子物理基础
5
16.2 光的量子性
一、光电效应
当光照射在金属表面时，金属表面有电子 1887年赫兹发现 逸出的现象称为光电效应。
紫外光
带电粒子
光电子
金属
实验现象： 无光照时回路无电流
有光照射(有物理条量件子物)理回基路础 产生电流。
6
1. 光电效应的实验规律
I ,
物理量子物理基础
4
他对自己的理论忐忑不安，“经典理论
量
给了我们这样多有用的东西，因此，
子
必须以最大的谨慎对待它，维护
论
它……除非绝对必要，否则不要改变
现有的理论。” 1910年，他提出发射
能量不连续，吸收连续，啤酒卖出去
后就成了流体。1914年，发射也连续
只有相互碰撞时才不连续。
普朗克把物理带到量子论大门口，却没进去。
说明:具有最大初动能的光
i
电子也刚好不能达到A。
iM 2
使光电流=0的反向电压的
iM1
绝对值|Ua|称为遏止电压。
1mv2 e| u |
2
a
实验表明 |Ua|与光强I 无关
Ua与频率ν 有关
Ua
i
Ua Ua o
物理量子物理基础
I2 I1 I2>I1 U
大
小 U
9
| u | k u
a
0
k 与金属种类无关的常量
2
黑体辐射
16.1黑体辐射
黑体，易于吸收热辐射，
它也必定易于向外发射热辐射。
MB ( T )
红 外 灾 难
维恩
紫 外 灾
难
M B
(T
)
C e 5
C2 T
1
M B ( T ) C34T
瑞利--金斯
普朗克得到 了黑体辐射 公式：
M B ( T ) 2hc 2 5
1
hc
e kT 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ( m )
康普顿——1927年，诺贝尔
逸
出
功
1 mv 2
A
2
逸出功A：电子从金属表面逸出时克服阻力需做的功
A是与金属种类 有关的常量。
物理量子物理基础
14
3. 光子假设对光电效应实验规律的解释
(1) 解释 N I In h 一定 I n N
1
(2) 解释
mv
2与
成线性关系
2
1 mv 2 h A 2
(3) 解释红限频率的存在
物理量子物理基础
3
1. 普朗克的量子假设
1900年，普朗克提出能量子h
能量如商店里卖 啤酒，只能一瓶 一瓶卖出。
En h
n1,2,3,能量不连续， 只能是 h 的
h=6.6310-34 J.s —— 普朗克常数
整数倍。
1900年12月14日，在德国物理学会上演 讲 ——这一天定为量子力学的诞生日。
谁要是第一次听到量子理论时没 有感到困惑，那他一定没听懂
物理量子物理基础
1
早期量子论 量子力学
相对论量子力学
普朗克能量量子化假说 爱因斯坦光子假说 康普顿效应 玻尔的氢原子理论
德布罗意实物粒子波粒二象性 薛定谔方程 波恩的物质波统计解释 海森伯的测不准关系
狄拉克把量子力学与狭义 相对论相结合
物理量子物理基础
2. 光电效应与经典理论的矛盾
(1) 1 mv 2 应该与光强有关，而不是频率。 2
（2）只要光强足够，就应产生光电效应，不应存在红限。
（3） 产生光电效应需要时间积累能量，尤其光强较弱时。
物理量子物理基础
12
二. 爱因斯坦光子假设
1. 爱因斯坦光子假设内容 (1905)
1）.光不仅在发射或吸收时，具有粒子性，而且光在 空间传播时，也具有粒子性，即一束光是一粒一粒以 光速C运动的粒子流。
0
k
令 0
u 0
k
光电效应的红限频率(或红限)
当光照射某一金属时，无论光强如何，照射时间多长，只 要入射光的频率ν小于这一物质的红限ν0 (ν<ν0 ) ，就不会 产生光电效应。
物理量子物理基础
11
(4) 光电效应与时间的关系
只要入射光的频率ν大于红限ν0 (ν>ν0 ) ，从光开始照
射直到金属释放出光电子,其中的时间间隔小于10-9秒， 几乎是瞬时的，与入射光的强度无关。
u 与金属种类有关的常量 0
1 mv 2 ek eu
2
0
1mv2 e| u |
2
a
Ua
光电子的最大初动能与光的频率呈线性关系,与光强度无关。
Hale Waihona Puke Baidu物理量子物理基础
10
(3) 光电效应有一定的截止频率
1 mv 2 0 2
ek eu 0 0
1mv2 ekeu
2
0
u 0
k
u
要使受光照射的金属逸出电子,入射光的频率必须满足
(2) 光子的质量 m2c
m
h
光子的静止质量 m 0
c2 c2
0 h h
(3) 光子的动量 p mc
光具有波粒二象c 性
由于在理论物理方面的贡献，特别 是对光电效应的成功解释，1921年， 爱因斯坦获得诺贝尔物理奖！
物理量子物理基础
16
1923年，美国物理学家康普顿发现，X射 线通过石墨等轻物质散射时，在散射线 中有两种波长：一种是与入射光波长相 同的散射线，另一种是波长大于入射光 波长的散射线，这种改变波长的散射称 为康普顿效应。
1 mv 2 ek eu
hek
Aeu 0
A
u 0
2
hk 0
0
A h 0
0 hvA电子能量小于表面逸出功
(4) 解释光电效应的瞬时性
当一个光子与金属中的一个自由电子碰撞时,电子一次全部吸 收掉光子的能量，不需要能量的积累时间。
物理量子物理基础
15
4. 光子的能量、质量和动量
c
(1) 光子的能量 h h
设N为单位时间从K极飞出的光电子数,e为电子的电量
i Ne M
i I M
NI
单位时间内,从受光照射的电极上释放出来的光电
子数目N与入射光的强度I成正比。
物理量子物理基础
8
(2) 光电子的初动能与光频率之间的关系
当U=0时, i 0
说明:光电子具有初动能。 1 mv 2
当反向电压为Ua时, i 0 2
饱i
和iM 2
光 电
iM1
流
K：阴极 A：阳极
Ua
i 饱和光电流 M 正比于光强 I 物理量子物理基础
I2>I1
I2
照 射
光
I1 强
U
i I M 7
(1) 光电子数和光强度的关系 光电流的实质:就是从阴极K流向阳 极A的电子流。 光电流大：
表示单位时间内从K到A的光电子数多。
光电流达到饱和：
表示从K飞出的光电子全部流入A。