《哲学量子论》PPT课件.ppt

光电效应 光电效应: 光线照射到金属表面时, 会 有电子从金属表面逸出的现象. 逸出的电子称为光电子. 1. 实验装置 光从真空玻璃管的入 射窗口射向阴极K 阴极K发出电子 阳极A接收电子 阴极与阳极之间加电 压 电压表V用来测量阴 极与阳极之间的电势差 电流计G用来测量回 路中形成的电流 2. 实验规律 (1) 饱和电流 保持入射光的 频率和光强不变 (i) 在一定的电 压范围内光电流随 电压的增加而增大, (ii) 当电压达到一定值时, 光电流达到 饱和状态. (2) 截止频率 (i) 当入射光的频率小于某个值 时, 不 会产生光电流, 与入射光的强度和照射时 间 无关; (ii) 当入射光的频率大于这个值时, 入 射光一照射到阴极上即产生光电流. 称为这种金属的截止频率或红限频 率, 相应的波长称为红限波长. 截止频率与金属有关, 大多数金属的 截 止频率在紫外区. (3) 遏止电压 从阴极发出的电 子具有动能, AK间的 电压为 0 时的光电流 不为 0, 在AK间加上 反向的电压并逐渐增大时, 光电流就会减 小, 使光电流为0对应的反向电压 称为遏止 电压. 当AK间的电压 为遏止电压时, 光电 子的最大初动能全部 用来克服电场力做功. 遏止电压 与光强无关, 与入射光的 频 率成线性关系 为斜率, 直线与横坐标轴的交点为 金 属的红限频率. (见P. 122 图13.6) 在存在光电效应的情况下, 光线照到 金 属上立刻有光电子从金属逸出; 在不能产生光电效应的情况下, 不管 入 射光照射多久都不会有光电子从金属逸出 . 这种情况不能够用经典理论来解释. Einstein光子假说和光电效应方程 Einstein: 将一束光看成一束以光速运 动的粒子流, 这些粒子称为光量子 (光子). 一个频率为 的光量子的能量 为普朗克常数. 一个电子吸收一个频率为 的光子时 电 子的能量增加了 , 一部分能量用来克服 脱离金属表面所需要的逸出功, 其余部分 成 为电子脱离金属表面后所具有的最大初动 能. 称为Einstein光电效应方程. 当入射光的频率刚好使电子克服逸出 功脱离金属表面时, 电子不具有初动能, 不同的金属的逸出功是不同的, 而同 种 金属的逸出功则是一个固定的值. 在产生光电效应的情况下, 饱和电流 与 入射光的强度成正比. 光的强度取决于单位时间内通过与光 的传播方向垂直的单位面积的能量 (能流 密 度, 光强越大, 照射到阴极上的光子数越多 , 逸出的电子就越多, 饱和电流越大. 当入射光的能量小于逸出功时, 由于 一 个电子不可以同时吸收两个光子, 从而电 子 获得的能量不足以克服逸出功而脱离金属 表面, 而电子吸收一个光子所增加的能量 的 过程是短暂的, 因此, 在这种情况下, 不论 光 有多强, 照射时间持续多久, 都不会产生光 电效应. 光子的能量与动量 (光的波粒二象性) 由相对论的质量 光子以光速 运动, , 即光子 的 静质量为0. (P. 7) 7 某金属产生光电效应的红限为 , 当 用 频率为 的单色光照射该金属时, 从 金属中逸出的光电子 (质量为 ) 的德布罗 意波长为 (P. 9) 7 某金属产生的光电效应的红限波长为 , 今以波长为 的单色光照射该 金 属, 金属释放出的电子 (质量为 ) 的动量 大 小为 (P. 9) 7 已知钾的逸出功为 , 如果用波长 为 的光照射在钾上, 则光电效应 的遏止电压的绝对值 从钾 表面发射出电子的最大速度 (P. 12) 8 用频率为 的单色光照射某种金属时 , 逸出的光电子的最大动能为 . 若改用频 率 为 的单色光照射此种金属时, 则逸出光 电子的最大动能为 康普顿散射 光子与原子的外层静止的自由电子发 生弹性碰撞. 现象: 在散射光中除了有入射光的波长 成分外, 还有比入射光波长更长的波长成 分. 称为康普顿波长. 康普顿效应中, 入射光波长、散射光 波 长及散射角之间的关系 : 入射光波长 : 散射光波长 : 散射角 (P. 7) 6 在康普顿散射中, 如果反冲电子的速 度 为光速的60%, 则因散射使电子获得的能 量 是其静止能量的 倍. 计算过程实际上是相对论的内容. 补充 光子能量为 的X射线, 入射到 某 种物质而发生康普顿散射. 若反冲电子的 能 量为 , 则散射光波长的 与入射光 波长 之比值为 氢原子光谱 氢原子的能级 氢原子能级跃迁公式 为里德伯常数 氢原子光谱的线系 氢原子从第 能级向第 能级跃 迁 时形成不同的线系 ( ) 赖曼系: 巴耳末系: 帕邢系: 布拉开系: 普丰德系: (P. 7) 6 (同. 13) 6) 处于基态的氢原子被外来单色光激发 后发出的光仅有三条谱线, 问此外来光的 频 率为多少? (里德伯常数 ) 物质波 (德布罗意波) 德布罗意提出一切实物粒子 (电子、 质 子、中子等) 都具有波粒二象性. 德布罗意公式 (实物粒子的能量与动 量 及频率与波长的关系) 与实物粒子相联系的波称为德布罗意 波或物质波. (P. 7) 四 (同(P. 13) 7) 已知某电子的德布罗意波长和光子的 波长相同. (1) 它们的动量大小是否相同? 为什么 ? (2) 它们的 (总) 能量是否相同? 为什 么? (1) 电子与光子的动量 相 同; (2) 光子的能量 电子以速度 运动时的能量 电子与光子的能量不同. 如不懂此题如何处理? (P. 9) 8 电子显微镜中的电子从静止开始通过 电势差为 的静电场加速后, 其德布罗意 波 长为 , 则 约为 普朗克常数 没有符合的答案 两种方法得到不同结果 后一种方法没有考虑相对论效应. (P. 13) 7 低速运动的质子和 粒子, 若它们的 德 布罗意波长相同, 则它们的动量之比 动能之比 (P. 10) 5 若不考虑相对论效应, 则波长为 的电子的动能是多少? 测不准关系 微观粒子的波粒二象性使得微观粒子 的坐标与动量、能量与时间等物理量不能 同时精确测量. 说明: 在测不准关系中, 有时用 来计算 在 的测不准关系中, 注意 为 能级宽度, 为处在该能级的寿命的情形. (P. 12) 9 波长为 的光沿 轴正向传播 , 若光的波长的不确定量 , 则利用 不确定关系 , 可得光子的 坐标 的 不确定量至少为 波函数的意义 微观粒子的状态用波函数 描述, 波函数通常是复数. 波函数满足单值、有限、连续的条件 . 波函数的模方 描述微观粒子在时刻 、位置 出现的概 率, 称为概率密度. 物质波也称为概率波. 微观粒子运动所满足的方程称为薛定 谔方程. 波函数的归一化条件 补充 1 设描述微观粒子运动的波函数为 , 则 表示_; 须满足的条件 是 _; 其归一化条件是_. : 在时刻 、位置 处粒子 出 现的概率密度. 满足: 单值、有限、连续的条件 . 波函数的归一化条件 描述原子中电子运动状态的四个量子数 电子的运动状态用一组量子数 来描述. : 主量子数, 取值为 : 副量子数, 取值为 : 磁量子数, 取值为 : 自旋量子数, 取值为 量子态的数量为 补充 1 主量子数 的量子态中, 角动量 的 可能取值为_; 磁量子数 的可能取 值 _. 补充 2 根据量子力学理论