能量量子化與光的粒子性課件

§1、2能量量子化與粒子性2013/4/5120世紀(jì)初，籠罩在物理學(xué)上空有兩朵烏云2013/4/52熱輻射光電效應(yīng)輻射無(wú)處不在2013/4/53火爐太陽(yáng)被子電爐黑體與黑體輻射2013/4/53我們周?chē)奈矬w在任何溫度下都在輻射電磁波（光波），這種輻射只與物體的溫度有關(guān)。熱輻射例：電爐燈絲隨著溫度升高，發(fā)光顏色逐漸由暗紅變?yōu)槌嗉t、橘紅直至黃白色。如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就稱(chēng)為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱(chēng)黑體。黑體黑體輻射及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律黑體輻射

黑體輻射規(guī)律維恩公式短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近，長(zhǎng)波區(qū)偏離很大瑞利公式長(zhǎng)波區(qū)與實(shí)驗(yàn)吻合得很好，短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符。著名的紫外災(zāi)難就是源于此。2013/4/55一般材料的物體，輻射電磁波不緊與物體溫度有關(guān)，還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)。圖1物體在三種溫度下的發(fā)光圖譜維恩線紫外災(zāi)難瑞利--金斯線2013/4/56o實(shí)驗(yàn)值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災(zāi)難普朗克線12345678能量子-超越牛頓的發(fā)現(xiàn)2013/4/57能量量子化振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一小能量值ε的整數(shù)倍。當(dāng)帶電微粒吸收或者輻射能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值一份一份進(jìn)行的。及能量不能連續(xù)變化。

振動(dòng)頻率振動(dòng)原子在能量改變時(shí)才會(huì)輻射電磁波。圖2表彰普朗克的杰出貢獻(xiàn)而發(fā)行的郵票光電效應(yīng)2013/4/581887赫茲在電磁波研究中偶然發(fā)現(xiàn)，接收電路中的間隙如果受到光照，就更容易產(chǎn)生電火花1888霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會(huì)放電1897J.J.Thomson發(fā)現(xiàn)了電子，此時(shí)，人們認(rèn)識(shí)到那就是從金屬表面射出的電子，后來(lái)，這些電子被稱(chēng)作光電子(photoelectron)陽(yáng)極陰極光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)2013/4/59光電效應(yīng)2013/4/510光電效應(yīng):電磁輻射照射到物體上并使其發(fā)射電子的現(xiàn)象。發(fā)射出來(lái)的電子我們稱(chēng)之為光電子按經(jīng)典電磁理論能得出以下結(jié)論：2013/4/5111

2只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，電子都可以逸出，而與其他因素比如頻率是無(wú)關(guān)的。。3即使光很弱，只要有足夠多的時(shí)間，積累的能量足夠多了，也能發(fā)生光電效應(yīng)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律2013/4/5121

光照條件不變，隨著電壓增大，電流趨于一個(gè)飽和值。光強(qiáng)增大時(shí)，飽和電流增大。2

使電流較小為零的方向電壓稱(chēng)為截止電壓，這個(gè)電壓只于入射光頻率有關(guān)。當(dāng)入射光頻率改變的時(shí)候截止電壓也改變。3存在飽和電流當(dāng)輻射頻率大于某一數(shù)值時(shí)，電子才會(huì)從陰極射出，并且產(chǎn)生光電子的時(shí)間僅為10-9s。這一最低頻率叫截止頻率，不同金屬截止頻率不同。例如：紅光外的所有可見(jiàn)光都可以使銫發(fā)射電子。所有可見(jiàn)光都不能使鋅發(fā)射電子。愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程：2013/4/513

意義光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬產(chǎn)生的光子較多，因而產(chǎn)生的飽和電流較大。2電子一次吸收光子的全不能量，不需要時(shí)間積累。2.

1.3

2013/4/514

1當(dāng)輻射頻率大于某一數(shù)值時(shí)，電子才會(huì)從陰極射出，并且產(chǎn)生光電子的時(shí)間僅為10^-9s。這一最低頻率叫截止頻率，不同金屬截止頻率不同。例如：紅光外的所有可見(jiàn)光都可以使銫發(fā)射電子。所有可見(jiàn)光都不能使鋅發(fā)射電子。

吸收=勢(shì)能+逸出初動(dòng)能

逸出初動(dòng)能：2013/4/515電子一次吸收光子的全部能量，不需要時(shí)間積累。

12.2.

2013/4/5162存在飽和電流光照條件不變，隨著電壓增大，電流趨于一個(gè)飽和值。光強(qiáng)增大時(shí)，飽和電流增大。

使電流較小為零的方向電壓稱(chēng)為截止電壓，這個(gè)電壓只于入射光頻率有關(guān)。當(dāng)入射光頻率改變的時(shí)候截止電壓也改變。3康普頓效應(yīng)—光子理論的另一個(gè)佐證2013/4/517光子動(dòng)量：2013/4/518康普頓效應(yīng)意義：1.深刻揭示了光的粒子性。支持了愛(ài)因斯坦的理論。2.光電效應(yīng)說(shuō)明了光子具有能量，而康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量外，還具有動(dòng)量3.證