《哲学量子论》PPT课件.ppt

1、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

2、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

3、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,

4、 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

5、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

6、 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

7、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

8、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

9、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