第15章 量子物理基础----光电效应.ppt

第15章量子物理基础 量子概念是1900年普朗克首先提出的 距今已有一百多年的历史 其间 经过爱因斯坦 玻尔 德布罗意 玻恩 海森伯 薛定谔 狄拉克等许多物理大师的创新努力 到20世纪30年代 就建立了一套完整的量子力学理论 量子力学 经典力学 现代物理的理论基础 量子力学相对论 量子力学 一黑体黑体辐射 1 热辐射实验证明不同温度下物体能发出不同的电磁波 这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射 2 单色辐射出射度单位时间内从物体单位表面积发出的频率在附近单位频率区间 或波长在附近单位波长区间 的电磁波的能量 单色辐射出射度单位 单色辐射出射度单位 3 辐射出射度 辐出度 单位时间 单位面积上所辐射出的各种频率 或各种波长 的电磁波的能量总和 实验表明辐射能力越强的物体 其吸收能力也越强 4 黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体 黑体是理想模型 三黑体辐射的瑞利 金斯公式经典物理的困难 瑞利 金斯公式 四普朗克假设普朗克黑体辐射公式 1900年 普朗克常量 普朗克黑体辐射公式 空腔壁上的带电谐振子吸收或发射能量应为 15 1 2光电效应爱因斯坦光子假设 饱和电流 遏制电压 饱和电流 当加速电压再怎么增大电流也不会变化时的光电流值 它是单位时间逸出的光电子数 遏制电压 反向电压达到某个值的时候光电流恰好减为零 此时即便是动能最大的电子也到不了A极 1 饱和光电流强度与入射光强度成正比说明 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强成正比 当光的频率不变 改变入射光强度得到 光电效应实验规律说明了什么 2 U0遏止电压与光强的无关 既 光电子的最大动能与光强无关 既 遏止电压的大小反映光电子初动能的大小 由前面分析知 遏止电压与入射光频率有线性关系 实验证明 K对所有材料都是一个常数 而Ua对不同金属有不同值 3 光电子的初动能与入射光强度无关 而与入射光的频率成正比 4 产生光电效应的金属具有一定的红限频率 红限频率 可见红限频率与材料有关 5 光电效应具有瞬时性 或说响应速度很快 10 9秒 只要 则在光照射金属表面后 几乎立即就有光电子逸出 与光的强度无关 实验规律意味着逸出的电子数由光的强度决定而电子的最大动能却与频率有关 经典物理又遇到了麻烦 光的频率小于某个值 红限频率 时 没有光电子逸出 提示 最大动能与频率成正比 由理论分析知 有实验规律知 光强越大 饱和电流应该大 光电子的初动能也该大 即初动能正比于光强 有无光电效产生应该与光强有关 与频率无关 光能量分布在波面上 吸收能量要时间 即需能量的积累过程 经典理论的困难 光强越大 饱和电流是越大 但光电子初动能只与频率有关 而与光强无关 经典认为 实验结果 能否产生光电效应由光的频率决定 若小于材料的红限频率 就无光电效应产生 具有瞬时性 或说响应速度很快 10 9秒 要么不产生 要么立即发生 爱因斯坦光电效应方程 既 A为逸出功 3 爱因斯坦光量子假说解释光电效应 4 逸出功 5 光子射至金属表面 一个光子携带的能量将一次性被一个电子吸收 若 电子立即逸出 无需时间积累 瞬时性 6 的测定 爱因斯坦方程 两式比较 实验得 三 光的波粒二象性 光子 相对论能量和动量关系 2 粒子性 光电效应等 1 波动性 光的干涉和衍射 解 1 2 3 例2设有一半径为的薄圆片 它距光源1 0m 此光源的功率为1W 发射波长为589nm的单色光 假定光源向各个方向发射的能量是相同的 试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数 解 每