黑體輻射普朗克能量子假設(shè)光電效應(yīng)康普頓散射

1、1第八章第八章 波粒二象性波粒二象性2 1900年，普朗克（年，普朗克（M.Pulanck）提出能量子，即能）提出能量子，即能量量子化的概念，這對(duì)經(jīng)典物理理論是一個(gè)極大的量量子化的概念，這對(duì)經(jīng)典物理理論是一個(gè)極大的沖擊，因?yàn)槟芰康倪B續(xù)性在經(jīng)典物理中是沖擊，因?yàn)槟芰康倪B續(xù)性在經(jīng)典物理中是“天經(jīng)地天經(jīng)地義義”的事情。在物理學(xué)上，能量子概念的提出具有的事情。在物理學(xué)上，能量子概念的提出具有劃時(shí)代的意義，它標(biāo)志了量子力學(xué)的誕生。劃時(shí)代的意義，它標(biāo)志了量子力學(xué)的誕生。 1905年，為解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦提出光量子年，為解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦提出光量子（光子）的概念，指出光具有波粒二象性。（光子）的概念

2、，指出光具有波粒二象性。 1923年，年，德布羅意（德布羅意（P.L.de Broglie）提出實(shí)物粒子也具有波動(dòng)）提出實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性的假設(shè)。波粒二象性的假設(shè)，為物質(zhì)世界建立了一性的假設(shè)。波粒二象性的假設(shè)，為物質(zhì)世界建立了一個(gè)統(tǒng)一的模型。物質(zhì)具有波粒二象性是建立量子力學(xué)個(gè)統(tǒng)一的模型。物質(zhì)具有波粒二象性是建立量子力學(xué)的一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)。的一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)。量子力學(xué)的發(fā)展歷史量子力學(xué)的發(fā)展歷史第八章第八章 波粒二象性波粒二象性3 1927年 ， 戴 維 孫 （年 ， 戴 維 孫 （ C.J.Davisson） 和 革 末） 和 革 末（L.H.Germer）通過(guò)鎳單晶體表面對(duì)電子束的散射，）通過(guò)

3、鎳單晶體表面對(duì)電子束的散射，觀測(cè)到和觀測(cè)到和X光衍射類(lèi)似的電子衍射現(xiàn)象；同年，光衍射類(lèi)似的電子衍射現(xiàn)象；同年，G.P.湯姆孫（湯姆孫（G.P.Thomson）用電子束通過(guò)多晶薄膜，證）用電子束通過(guò)多晶薄膜，證實(shí)了電子的波動(dòng)性。實(shí)了電子的波動(dòng)性。 1925年，海森伯年，海森伯(W.Heisenberg)放棄電子放棄電子軌道等經(jīng)典概念，用實(shí)驗(yàn)上可觀測(cè)到的光軌道等經(jīng)典概念，用實(shí)驗(yàn)上可觀測(cè)到的光譜線(xiàn)的頻率和強(qiáng)度描述原子過(guò)程，奠定了譜線(xiàn)的頻率和強(qiáng)度描述原子過(guò)程，奠定了量子力學(xué)的一種形式量子力學(xué)的一種形式矩陣力學(xué)的基礎(chǔ)。矩陣力學(xué)的基礎(chǔ)。量子力學(xué)的發(fā)展歷史量子力學(xué)的發(fā)展歷史第八章第八章 波粒二象性波粒二象性

4、4 1926年，薛定諤年，薛定諤(E.Schrodinger)提出提出了非相對(duì)論粒子（能量遠(yuǎn)小于靜能）的了非相對(duì)論粒子（能量遠(yuǎn)小于靜能）的運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程薛定諤方程，由此方程出發(fā)薛定諤方程，由此方程出發(fā)的量子力學(xué)稱(chēng)為波動(dòng)力學(xué)。的量子力學(xué)稱(chēng)為波動(dòng)力學(xué)。 同年，狄拉克（同年，狄拉克（P.A.M. Dirac）提出了）提出了電子的相對(duì)論性運(yùn)動(dòng)方程電子的相對(duì)論性運(yùn)動(dòng)方程狄拉克方程，狄拉克方程，把狹義相對(duì)論引入薛定諤方程，統(tǒng)一了量把狹義相對(duì)論引入薛定諤方程，統(tǒng)一了量子論和相對(duì)論，為研究粒子物理的量子場(chǎng)子論和相對(duì)論，為研究粒子物理的量子場(chǎng)論奠定了基礎(chǔ)。論奠定了基礎(chǔ)。量子力學(xué)的發(fā)展歷史量子力學(xué)的發(fā)展歷史第八

5、章第八章 波粒二象性波粒二象性5 8.1 黑體輻射黑體輻射（Black-body radiation） 物體由大量原子組成，熱運(yùn)動(dòng)引起原子碰撞使物體由大量原子組成，熱運(yùn)動(dòng)引起原子碰撞使原子激發(fā)而輻射電磁波。原子的動(dòng)能越大，通過(guò)原子激發(fā)而輻射電磁波。原子的動(dòng)能越大，通過(guò)碰撞引起原子激發(fā)的能量就越高，從而輻射電磁碰撞引起原子激發(fā)的能量就越高，從而輻射電磁波的波長(zhǎng)就越短。波的波長(zhǎng)就越短。 熱運(yùn)動(dòng)是混亂的，原子的動(dòng)能與溫度有關(guān)，因而熱運(yùn)動(dòng)是混亂的，原子的動(dòng)能與溫度有關(guān)，因而輻射電磁波的能量也與溫度有關(guān)。輻射電磁波的能量也與溫度有關(guān)。一、熱輻射的基本概念一、熱輻射的基本概念 1、熱輻射、熱輻射（ther

6、mal radiation） 例如：例如：加熱鐵塊，加熱鐵塊， 溫度溫度 ，鐵塊顏色由看鐵塊顏色由看 藍(lán)白藍(lán)白色色不出發(fā)光不出發(fā)光 暗紅暗紅 橙色橙色 黃白色黃白色第八章第八章 波粒二象性波粒二象性6這種能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射這種能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射，稱(chēng)為稱(chēng)為熱輻射。熱輻射。 在任何溫度下，物體都向外發(fā)射在任何溫度下，物體都向外發(fā)射各種頻率的電磁波各種頻率的電磁波，只是在不同的溫度下所發(fā)出的各種電磁波的能量按只是在不同的溫度下所發(fā)出的各種電磁波的能量按頻頻率率有不同的布分，所以才表現(xiàn)為不同的顏色。有不同的布分，所以才表現(xiàn)為不同的顏色。溫度溫度 輻射中短波長(zhǎng)的電

7、磁波的比例輻射中短波長(zhǎng)的電磁波的比例 1400 K800 K1000 K1200 K幾種溫度下輻射最強(qiáng)的電磁波顏色幾種溫度下輻射最強(qiáng)的電磁波顏色第八章第八章 波粒二象性波粒二象性7溫度為溫度為T(mén) T的物體，的物體，單位時(shí)間內(nèi)從物體單位表面積發(fā)出的單位時(shí)間內(nèi)從物體單位表面積發(fā)出的頻率在頻率在附近單位頻率區(qū)間（或波長(zhǎng)在附近單位頻率區(qū)間（或波長(zhǎng)在附近單位波長(zhǎng)附近單位波長(zhǎng)區(qū)間）的電磁波的能量區(qū)間）的電磁波的能量 . .單色輻射出射度單色輻射出射度 單位：?jiǎn)挝唬?(TM3W/m單色輻射出射度單色輻射出射度 單位：?jiǎn)挝唬篐z)W/(m2)(TM8.1 8.1 黑體輻射黑體輻射 2 2 單色輻射出射度單色輻

8、射出射度 monochromatic energy density of radiation T單位面積單位面積（單位時(shí)間內(nèi)）（單位時(shí)間內(nèi)） d)(dTEM Ed)d( M 取決于取決于T、 和材和材料種類(lèi)和表面情況料種類(lèi)和表面情況第八章第八章 波粒二象性波粒二象性83 3 輻射出射度（輻出度）輻射出射度（輻出度） 單位時(shí)間，單位單位時(shí)間，單位面積上所輻射出的各面積上所輻射出的各種頻率（或各種波長(zhǎng)）種頻率（或各種波長(zhǎng)）的電磁波的能量總和的電磁波的能量總和. .0d)()(TMTM0 2 4 6 8 10 12Hz10/14鎢絲和太陽(yáng)的單色輻出度曲線(xiàn)鎢絲和太陽(yáng)的單色輻出度曲線(xiàn)21210468)H

9、zW/(m10)(28TM太陽(yáng)太陽(yáng)可見(jiàn)可見(jiàn)光區(qū)光區(qū) 鎢絲鎢絲（2750K2750K） 太陽(yáng)太陽(yáng)（5 5900K900K）)HzW/(m10)(29TM鎢絲鎢絲0d)()(TMTM單位：?jiǎn)挝唬簑/m2radiant exitance第八章第八章 波粒二象性波粒二象性9實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明 輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng)輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng). .monochromatic absorptance)()(dd)(入入射射吸吸收收 EET 5 單色吸收比（率）單色吸收比（率） (T)在溫度為在溫度為T(mén) T時(shí)，物體表面吸收的頻率為時(shí)，物體表面吸收的頻率為到到+d +d 區(qū)間區(qū)間的能量占

10、全部入射的該區(qū)間的輻射能量的份額。的能量占全部入射的該區(qū)間的輻射能量的份額。4 4 平衡熱輻射平衡熱輻射加熱一物體，加熱一物體，若物體所吸收的能量等于在同一若物體所吸收的能量等于在同一時(shí)間內(nèi)輻射的能量，則物體的溫度恒定。這種時(shí)間內(nèi)輻射的能量，則物體的溫度恒定。這種溫度不變溫度不變的熱輻射稱(chēng)為的熱輻射稱(chēng)為平衡熱輻射。平衡熱輻射。第八章第八章 波粒二象性波粒二象性10一個(gè)黑白花盤(pán)子的兩張照片一個(gè)黑白花盤(pán)子的兩張照片室溫下，反射光室溫下，反射光1100K，自身輻射光，自身輻射光第八章第八章 波粒二象性波粒二象性11 4 4 黑體黑體（black bodyblack body） 能完全吸收照射到它上面

11、的能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁輻射的物體稱(chēng)為黑體各種頻率的電磁輻射的物體稱(chēng)為黑體 . .（黑體是理想模（黑體是理想模型）型）第八章第八章 波粒二象性波粒二象性12二二 斯特藩斯特藩 玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 維恩位移定律維恩位移定律（1 1）斯特藩斯特藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律40d)()(TTMTM428KmW10670. 5斯特藩斯特藩玻爾茲曼常量玻爾茲曼常量（2）維恩位移定律維恩位移定律bT mKm10898. 23b常量常量峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng))(TM 1700k1500k1300k第八章第八章 波粒二象性波粒二象性13nm9890nm29310898.23mTbK1046.4K

12、105 .610898.2373mbT441037.5)()() (TTTMTM 例例1 1 （1 1）溫度為室溫溫度為室溫 的黑體，其單色輻的黑體，其單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是多少？出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是多少？（2 2）若使一黑體若使一黑體單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅色譜線(xiàn)范圍內(nèi)，單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅色譜線(xiàn)范圍內(nèi)，其溫度應(yīng)為多少？其溫度應(yīng)為多少？（3 3）以上兩輻出度之比為多少？以上兩輻出度之比為多少？)C20(解解nm650m（2 2）取?。? 1）由維恩位移定律由維恩位移定律（3 3）由由斯特藩斯特藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律第八章第八章 波粒二象性波粒二象性14K6

13、000K1048310898.293mbT 例例2 2 太陽(yáng)的單色輻出度的峰值波長(zhǎng)太陽(yáng)的單色輻出度的峰值波長(zhǎng) ，試由此估算太陽(yáng)表面的溫度試由此估算太陽(yáng)表面的溫度. .nm483m解解由維恩位移定律由維恩位移定律 對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫度也可用這對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫度也可用這種方法進(jìn)行推測(cè)種方法進(jìn)行推測(cè)第八章第八章 波粒二象性波粒二象性15三、經(jīng)典物理遇到的困難三、經(jīng)典物理遇到的困難如何從理論上找到符合實(shí)驗(yàn)的如何從理論上找到符合實(shí)驗(yàn)的 函數(shù)式函數(shù)式?)(TM 維恩（維恩（W. Wien）公式）公式瑞利瑞利(Rayleigh) 金斯金斯(Jeans)公式公式第八章第八章 波粒二象性波

14、粒二象性16維恩（維恩（W. Wien）公式）公式（1864-1928）W. Wien1896年，維恩假設(shè)氣體分子輻射的頻率只與其年，維恩假設(shè)氣體分子輻射的頻率只與其 速率有關(guān)，首先從理論上速率有關(guān)，首先從理論上推出一個(gè)黑體輻射公式推出一個(gè)黑體輻射公式TeTM/3)( 其中其中 ， 為常量。為常量。 普朗克不太信服維恩公普朗克不太信服維恩公式的推導(dǎo)過(guò)程，認(rèn)為維恩式的推導(dǎo)過(guò)程，認(rèn)為維恩提出的假設(shè)沒(méi)什么道理。提出的假設(shè)沒(méi)什么道理。 高頻段高頻段與實(shí)驗(yàn)符合很好，與實(shí)驗(yàn)符合很好，低頻段低頻段明顯偏離實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。明顯偏離實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。第八章第八章 波粒二象性波粒二象性17瑞利瑞利(Rayleigh) 金斯金斯

15、(Jeans)公式公式L. Rayleigh(1842-1919) 1900年年6月，瑞利按經(jīng)典的能量均分定理，把月，瑞利按經(jīng)典的能量均分定理，把空腔中簡(jiǎn)諧振子平均能量取與溫度成正比的連空腔中簡(jiǎn)諧振子平均能量取與溫度成正比的連續(xù)值，得到一個(gè)黑體輻射公式續(xù)值，得到一個(gè)黑體輻射公式kTcTM222)( 123KJ1038. 1 k 低頻段低頻段與實(shí)驗(yàn)符合很好，與實(shí)驗(yàn)符合很好，高高頻段頻段明顯偏離實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。明顯偏離實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。 M,“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”！第八章第八章 波粒二象性波粒二象性18 /1014HzM (10 - 9 W/(m2 Hz)0實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)TeTM/3)( ， 為常量為常量kTc

16、TM222)( （1896）（1900）K2000 T“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”“ 物理學(xué)晴空中物理學(xué)晴空中的一朵烏云的一朵烏云!”第八章第八章 波粒二象性波粒二象性19四、普朗克的能量子假說(shuō)和黑體輻射公式四、普朗克的能量子假說(shuō)和黑體輻射公式 1900年年10月，普朗克利用數(shù)學(xué)上的內(nèi)插法，月，普朗克利用數(shù)學(xué)上的內(nèi)插法，把適用于高頻的維恩公式和適用于低頻的瑞利把適用于高頻的維恩公式和適用于低頻的瑞利金斯公式銜接起來(lái)，得到一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式，金斯公式銜接起來(lái)，得到一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式，即即普朗克黑體輻射公式：普朗克黑體輻射公式：12)(32 kThechTM 在全波段與實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)驚人地符合！在全波段與實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)驚人地

17、符合！普朗克常量：普朗克常量：seV10136. 4sJ10626. 61534 h第八章第八章 波粒二象性波粒二象性20 /1014HzM (10 - 9 W/(m2 Hz)0實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)TeTM/3)( ， 為常量為常量kTcTM222)( （1896）（1900）K200012)(32 kThechTM 普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式符合實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)符合實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)第八章第八章 波粒二象性波粒二象性21 普朗克認(rèn)為：普朗克認(rèn)為：空腔內(nèi)壁的分子、原子的振動(dòng)空腔內(nèi)壁的分子、原子的振動(dòng)可以看成是許多帶電的簡(jiǎn)諧振子，這些簡(jiǎn)諧振可以看成是許多帶電的簡(jiǎn)諧振子，這些簡(jiǎn)諧振子可以輻射和吸收能量，并與空

18、腔內(nèi)的輻射達(dá)子可以輻射和吸收能量，并與空腔內(nèi)的輻射達(dá)到平衡。從空腔小孔輻射出的電磁波，就是由到平衡。從空腔小孔輻射出的電磁波，就是由這些空腔內(nèi)壁的簡(jiǎn)諧振子輻射出的。這些空腔內(nèi)壁的簡(jiǎn)諧振子輻射出的。 普朗克大膽地假設(shè)：普朗克大膽地假設(shè)：頻率為頻率為 的簡(jiǎn)諧振子的的簡(jiǎn)諧振子的能量值，只能取能量值，只能取 的整數(shù)倍。即，簡(jiǎn)諧振的整數(shù)倍。即，簡(jiǎn)諧振子的能量是量子化的（子的能量是量子化的（quantization），只能取），只能取下面的一系列特定的分立值下面的一系列特定的分立值 h , 2 ,3 ,n 第八章第八章 波粒二象性波粒二象性22 能量能量 稱(chēng)為稱(chēng)為能量子能量子(quantum of ene

19、rgy)，空腔內(nèi)的輻射就是由各種頻率的能量子組成?？涨粌?nèi)的輻射就是由各種頻率的能量子組成。上述假設(shè)稱(chēng)為上述假設(shè)稱(chēng)為普朗克能量子假設(shè)。普朗克能量子假設(shè)。 h 在這一假設(shè)基礎(chǔ)上，再運(yùn)用經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)物理在這一假設(shè)基礎(chǔ)上，再運(yùn)用經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)物理方法就可推出普朗克黑體輻射公式。方法就可推出普朗克黑體輻射公式。 能量子概念的提出標(biāo)志了量子力學(xué)的誕生，能量子概念的提出標(biāo)志了量子力學(xué)的誕生，普朗克為此獲得普朗克為此獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。23第八章第八章 波粒二象性波粒二象性24 光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：光照射某些金屬時(shí)，能從表面釋光照射某些金屬時(shí)，能從表面釋放出電子的效應(yīng)。放出電子的效應(yīng)。光

20、電效應(yīng)中光電效應(yīng)中產(chǎn)生的電子稱(chēng)為產(chǎn)生的電子稱(chēng)為“光電子光電子”。光電效應(yīng)引起的現(xiàn)象是光電效應(yīng)引起的現(xiàn)象是赫茲赫茲在在18871887年發(fā)現(xiàn)的，年發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)當(dāng)18961896年年J.J.J.J.湯姆孫湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子之后，發(fā)現(xiàn)了電子之后，勒納德勒納德才證明所發(fā)出的帶電粒子是電子。才證明所發(fā)出的帶電粒子是電子。8.2 8.2 光電效應(yīng)光電效應(yīng)photoelectric effect第八章第八章 波粒二象性波粒二象性25一一 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律VA（1 1）實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置 光照射至金屬表面光照射至金屬表面, ,電子從金屬電子從金屬表面逸出表面逸出, ,稱(chēng)其為稱(chēng)其為光電子光電子.

21、.（2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律 截止頻率（紅限）截止頻率（紅限）0 幾種純幾種純金屬的金屬的截截止止頻率頻率0 僅當(dāng)僅當(dāng) 才發(fā)生光電效應(yīng)，才發(fā)生光電效應(yīng)，截止頻率與截止頻率與材料有關(guān)材料有關(guān)與與光強(qiáng)無(wú)關(guān)光強(qiáng)無(wú)關(guān) . .金屬金屬截止頻率截止頻率Hz10/1404.545 5.508.065 11.53銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銥銥 鉑鉑 19.298.2 8.2 光電效應(yīng)光電效應(yīng)第八章第八章 波粒二象性波粒二象性261I2Iim1im2iocUU12II 電流飽和值電流飽和值mi 遏止電壓遏止電壓Uc 瞬時(shí)性瞬時(shí)性 遏止電勢(shì)差與入射光頻率遏止電勢(shì)差與入射光頻率具有線(xiàn)性關(guān)系具有線(xiàn)性關(guān)系.kmaxceUE 當(dāng)光照

22、射到金屬表面上時(shí)，當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，幾乎立即就有光電子逸出幾乎立即就有光電子逸出（光強(qiáng)）（光強(qiáng)）Ii mcU0CsKCu遏止電壓遏止電壓 與光強(qiáng)無(wú)關(guān)與光強(qiáng)無(wú)關(guān)cU0cUKU第八章第八章 波粒二象性波粒二象性27 按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時(shí)間來(lái)積累，一直積累到足以使電子逸出金屬一定的時(shí)間來(lái)積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止表面為止. .與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符 . .（3 3）經(jīng)典理論遇到的困難經(jīng)典理論遇到的困難 紅限問(wèn)題紅限問(wèn)題 瞬時(shí)性問(wèn)題瞬時(shí)性問(wèn)題 按經(jīng)典理論按經(jīng)典理論, ,無(wú)論何種頻率的入射光無(wú)論何種頻率的

23、入射光, ,只要其強(qiáng)度只要其強(qiáng)度足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬 . .與實(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符驗(yàn)結(jié)果不符. . 第八章第八章 波粒二象性波粒二象性28二二 光子光子 愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程（1） “光量子光量子”假設(shè)假設(shè)h光子的能量為光子的能量為（2） 解釋實(shí)驗(yàn)解釋實(shí)驗(yàn)幾種金屬的逸出功幾種金屬的逸出功金屬金屬鈉鈉 鋁鋁 鋅鋅 銅銅 銀銀 鉑鉑2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35eV/W愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程Wmh221v 逸出功與逸出功與材料有關(guān)材料有關(guān) 對(duì)同一種金屬，對(duì)同一種金屬， 一定，一定， ，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)k

24、EW第八章第八章 波粒二象性波粒二象性29 逸出功逸出功0hW 愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程Wmh221vhW0產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件（截止頻率）（截止頻率） 光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電 子數(shù)目越多，光電流越大子數(shù)目越多，光電流越大.（ 時(shí)）時(shí)）0 光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量 將一將一 次性被一個(gè)電子吸收，若次性被一個(gè)電子吸收，若 ，電子立即逸出，電子立即逸出， 無(wú)需時(shí)間積累（無(wú)需時(shí)間積累（瞬時(shí)瞬時(shí)性）性）.h0第八章第八章 波粒二象性波粒二象性30cheUWchWUeec

25、Uh ecUhe（3） 的測(cè)定的測(cè)定h愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程Wmh221vcU0遏止電勢(shì)差和入射遏止電勢(shì)差和入射光頻率的關(guān)系光頻率的關(guān)系普朗克常量：普朗克常量：seV10136. 4sJ10626. 61534 h第八章第八章 波粒二象性波粒二象性31例例1 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為450nm的單色光射到純鈉的表面上的單色光射到純鈉的表面上. 求求 （1）這種光的光子能量這種光的光子能量 （2）光電子逸出鈉表面時(shí)的動(dòng)能；光電子逸出鈉表面時(shí)的動(dòng)能； （3）若光子的能量為若光子的能量為2.40eV，其波長(zhǎng)為多少？其波長(zhǎng)為多少？解解 （1）2.76eVJ1042. 419hchE（2）eV48. 0eV)28

26、. 276. 2(kWEE（3）nm518m1018. 57Ehc第八章第八章 波粒二象性波粒二象性32 h hp 密立根密立根1916年的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了光子論的正確性，并求得年的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了光子論的正確性，并求得h=6.57 10-34 焦耳焦耳秒。光的波動(dòng)性（秒。光的波動(dòng)性（p）和粒子性（）和粒子性（ ）是通過(guò)普朗克常數(shù)聯(lián)系在一起的。是通過(guò)普朗克常數(shù)聯(lián)系在一起的。2mch 相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系：相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系：chchm 2光子的質(zhì)量：光子的質(zhì)量：220/1cvmm 因?yàn)橐驗(yàn)椋簃cp 光子的動(dòng)量：光子的動(dòng)量： h 光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，即具有波粒二象性光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，即具有波

27、粒二象性三三 光的波粒二象性光的波粒二象性第八章第八章 波粒二象性波粒二象性33 Besides playing an important historical role in confirming the photo theory of light, it also has many practical applications. Optical sound track on movie film第八章第八章 波粒二象性波粒二象性34Solar cellDigital camera第八章第八章 波粒二象性波粒二象性358.3 8.3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)第八章第八章 波粒二象性波粒二象性36

28、 19201920年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在觀察年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在觀察X X射線(xiàn)被物質(zhì)散射線(xiàn)被物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射散射線(xiàn)中含有線(xiàn)中含有波長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)生發(fā)生變化變化了的成分了的成分. .一一 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置第八章第八章 波粒二象性波粒二象性37 經(jīng)典電磁理論預(yù)言，經(jīng)典電磁理論預(yù)言，散射輻射具有和入射輻射散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率一樣的頻率 . 經(jīng)典理論無(wú)經(jīng)典理論無(wú)法解釋波長(zhǎng)變化法解釋波長(zhǎng)變化 .二二 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果04590135（相對(duì)強(qiáng)度）（相對(duì)強(qiáng)度）（波長(zhǎng)）（波長(zhǎng)）I00 在散射在散射X X 射線(xiàn)中除有射線(xiàn)中除有與入射波長(zhǎng)相同的射線(xiàn)外，與入射波長(zhǎng)相同的射線(xiàn)外，還有波長(zhǎng)比入射波長(zhǎng)更長(zhǎng)還有波長(zhǎng)比入射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線(xiàn)的射線(xiàn) .三三 經(jīng)典理論的困難經(jīng)典理論的困難第八章第八章 波粒二象性波粒二象性38000vxy光子光子電子電子 電子反沖速度很大，需用電子反沖速度很大，需用相對(duì)論力學(xué)相對(duì)論力學(xué)來(lái)處理來(lái)處理. .（1 1）物理模型物理模型 入射光子（入射光子（ X 射線(xiàn)或射線(xiàn)或 射線(xiàn)）能量大射線(xiàn)）能量大 . . 固體表面電子束縛較弱，可視為固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電子近自