復(fù)習(xí)課件及試題物理下2015量子0112

1、University PhysicsXian Jiaotong UniversityZhongfeng Xu12 / 01 / 2015 三. 經(jīng)典物理的解釋及普朗克公式MB瑞利 金斯公式(1900年)經(jīng)典電磁理論和能量均分定理維恩公式(1896年)(熱力學(xué)和麥克斯韋分布率) 普朗克公式(1900年)（熱力學(xué)方法）實(shí)驗(yàn)曲線普朗克常數(shù)： h = 6.62610-34 Js 為得到這一公式，普朗克提出了能量量子化假設(shè)。電磁波四.普朗克能量子假設(shè) 若諧振子頻率為 v ，則其能量是hv , 2hv, 3hv , , nhv , 首次提出微觀粒子的能量是量子化的，打破了經(jīng)典物理學(xué)中能量連續(xù)的觀念。普朗克

2、常數(shù) h = 6.62610-34 Js 腔壁上的原子(諧振子)能量與腔內(nèi)電磁場(chǎng)交換能量時(shí)，諧振子能量的變化是 hv (能量子) 的整數(shù)倍.說明（絕望地、不惜任何代價(jià)地）打開了人們認(rèn)識(shí)微觀世界的大門,在物理學(xué)發(fā)展史上起了劃時(shí)代的作用。伏安特性曲線一. 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律飽和電流 iS 遏止電壓 Ua iS :單位時(shí)間 陰極產(chǎn)生的光電子數(shù) I（I, v)AKU16.2 光電效應(yīng) 愛因斯坦光子假說iS3iS1iS2I1I2I3-UaUiI1I2I3Ua光電子最大初動(dòng)能和 成線性關(guān)系遏止電壓與頻率關(guān)系曲線和v 成線性關(guān)系i(實(shí)驗(yàn)裝置)0A截止頻率 0即時(shí)發(fā)射:遲滯時(shí)間不超過 10-9 秒二. 經(jīng)典物

3、理與實(shí)驗(yàn)規(guī)律的矛盾 電子在電磁波作用下作受迫振動(dòng)，直到獲得足夠能量(與 光強(qiáng) I 有關(guān)) 逸出，不應(yīng)存在紅限 0 。當(dāng)光強(qiáng)很小時(shí)，電子要逸出，必須經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的能量積累。 只有光的頻率 0 時(shí)，電子才會(huì)逸出。 逸出光電子的多少取決于光強(qiáng) I 。 光電子即時(shí)發(fā)射，滯后時(shí)間不超過 109 秒。總結(jié) 光電子最大初動(dòng)能和光頻率 成線性關(guān)系。 光電子最大初動(dòng)能取決于光強(qiáng)，和光的頻率 無關(guān)。三. 愛因斯坦光子假說 光電效應(yīng)方程 光是光子流 ，每一光子能量為 h ，電子吸收一個(gè)光子A 為逸出功 單位時(shí)間到達(dá)單位垂直面積的光子數(shù)為N，則光強(qiáng) I = Nh . I 越強(qiáng) , 到陰極的光子越多, 則逸出的光電子越多

4、。 電子吸收一個(gè)光子即可逸出，不需要長(zhǎng)時(shí)間的能量積累。 光頻率 A/h 時(shí)，電子吸收一個(gè)光子即可克服逸出功 A 逸出 ( o= A/h) 。結(jié)論 光電子最大初動(dòng)能和光頻率 成線性關(guān)系。 討論：多光子吸收?一銅球用絕緣線懸掛于真空中，被波長(zhǎng)為 =150 nm 的光照射。已知銅的逸出功為 4.5eV 。銅球失去電子后帶正電，電勢(shì)升高，使束縛電子的勢(shì)壘也升高，設(shè)銅球表面的電勢(shì)為U ，逸出電子的速度為v ，銅的逸出功為A，愛因斯坦光電效應(yīng)方程為逸出電子的最大動(dòng)能為零時(shí)，銅球電勢(shì)達(dá)最高U max，有解例銅球因失去電子而能達(dá)到的最高電勢(shì)。求圖為某種金屬的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線。試根據(jù)圖中所給數(shù)據(jù)求出普朗克常量和

5、該金屬材料的逸出功。例解 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程該金屬材料的逸出功為光子動(dòng)量四. 光的波粒二象性光子能量光子質(zhì)量粒子性波動(dòng)性五. 光電效應(yīng)的應(yīng)用 光電管: 光電開關(guān), 紅外成像儀,光電傳感器等光電倍增管: (微光)夜視儀測(cè)量波長(zhǎng)在 2001200 nm 極微弱光的功率光電倍增管0 散射線中有兩種波長(zhǎng) 0 和 ，且 D = -0 隨散射角 的增大而增大。探測(cè)器016. 3 康普頓效應(yīng)一. 實(shí)驗(yàn)規(guī)律X 光管光闌散射物體(實(shí)驗(yàn)裝置) 散射物體不同，0 和 的強(qiáng)度比不同。輕物質(zhì) 的強(qiáng)度較大。l0二. 經(jīng)典物理的解釋經(jīng)典理論只能說明波長(zhǎng)不變的散射，而不能說明康普頓散射電子受迫振動(dòng)同頻率散射線發(fā)射 單色電

6、磁波受迫振動(dòng)v0照射散射物體三. 光子理論解釋1. 入射光子與原子外層電子彈性碰撞 外層電子受原子核束縛較弱動(dòng)能光子能量 近似自由近似靜止靜止、自由的電子不足1MeV 近百M(fèi)eV能量、動(dòng)量守恒康普頓波長(zhǎng)兩邊平方 兩式相減 2. X 射線光子和原子內(nèi)層電子相互作用內(nèi)層電子被緊束縛，光子相當(dāng)于和整個(gè)原子發(fā)生碰撞。00原子光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子，碰撞時(shí)光子不損失能量，波長(zhǎng)不變。光子內(nèi)層電子外層電子波長(zhǎng)變大的散射線波長(zhǎng)不變的散射線(1) 波長(zhǎng)變化 結(jié)論(2) 強(qiáng)度變化 波長(zhǎng) 0 輕物質(zhì)（多數(shù)電子處于弱束縛狀態(tài) ）弱強(qiáng)重物質(zhì)（多數(shù)電子處于強(qiáng)束縛狀態(tài) ）強(qiáng)弱吳有訓(xùn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果入射波散射波0 = 0.02nm 的X射線與靜止的自由電子碰撞, 若從與入