能量子假说光电效应课件.ppt

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1、第十章波函数与薛定谔方程1引言物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学经典物理现代物理力学、振动、声学热学与统计电磁学、光学相对论量子论非线性时间(年)关键概念的发展力学电磁学热学相对论量子论16001700180019002近年来的发展：*粒子物理高能加速器产生新粒子，已发现300种。麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法。*天体物理:运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球进行观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科。应用经典、量子、相对论、等离子体物理和粒子物理。*生物物理:有机体遗传特性研究引言物理学发展的总趋向：*学科之间的大综合。*相互渗透结

2、合成边缘学科。生物物理、生物化学、物理化学、量子化学、量子电子学、量子统计力学、固体量子论。3二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出光电效应康普顿效应。黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”。原子的稳定性和大小。引言19世纪末,物理学晴朗天空飘着的‘两朵乌云’：量子力学的诞生相对论的建立黑体辐射迈克尔逊-莫雷实验4量子力学授课安排量子力学发展：能量子、光量子、氢原子模型4量子力学基础：德布罗意波、量子力学假设5量子力学场方程：薛定鄂方程1场方程应用：定态薛定鄂方程的解2量子力学应用与前沿介绍：激光

3、与半导体等25一、黑体辐射与普朗克能量子假设实验表明：一切物体是以电磁波的形式向外辐射能量。辐射的能量与温度有关，称之为热辐射。辐射和吸收的能量相等时称为热平衡。此时温度不变。单色辐射出射度定义:辐射出射度定义:单位时间、单位表面积上所辐射出的各种波长电磁波的能量。单位时间、单位表面积上所辐射出的单位波长间隔中()的能量。对应一定温度第一节光量子：光的波粒二象性6吸收比反射比1绝对黑体的热辐射规律对于任意温度或波长，绝对黑体的吸收比都恒为1用不透明材料制成一空心容器，壁上开一小孔，可看成绝对黑体对于非透明物体第一节波粒二象性黑体辐射7经n次反射后:从小孔射出

4、的辐射相当于从面积等于小孔孔面的一个温度为T的绝对黑体表面的辐射能。第一节波粒二象性黑体辐射实验结果82经典物理遇到的困难：1896年,维恩根据经典热力学得出：短波吻合好,长波段差获得1911年诺贝尔物理学奖1900年,瑞利和琼斯用能量均分定理和电磁理论(驻波法)得出：只适于长波，所谓的“紫外灾难”。实验瑞利-琼斯维恩T=1646k第一节波粒二象性黑体辐射黑体辐射93普朗克黑体辐射公式(1900)第一节波粒二象性黑体辐射10*辐射物体中包含大量谐振子的能量是取特定的分立值*振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量从理论上推出：*一定，存在着能量的

5、最小单元（能量子);h=6.62610-34焦耳.秒。获得1918年诺贝尔物理学奖(1)斯特藩-玻耳兹曼定律推导得到(2)维恩位移定律1700k1500k1300k第一节波粒二象性普朗克能量子假设11=h能量子：经典能量量子说明：*这个能量子假设与经典理论有本质的区别；*“h”是区别量子与经典物理的一个明显标志例：m=0.3kg、k=3N/m的弹簧振子，振幅为A=0.1m。由于摩擦系统的能量逐渐耗散，能量减小是否是连续？弹簧振子的振动频率：系统总能量：能量跳变：相对能量间隔：第一节波粒二象性普朗克能量子假设宏观经典物理是量子物理的极限形式12二、光电

6、效应1、光电效应的实验规律赫兹：1886~1887勒纳德：1889UGAK实验装置G：测量光电流U：测量AK电压*I随着UAK增加而增加直至某一饱和电流Is。Is与光照强度成正比。**截至电压Ua<0.UAKIs2Is1Ua实验结果第一节波粒二象性光电效应与光量子13U03U02U01312UIIS0入射光强度相同但频率不同**光电子的初动能与入射光强度无关，而与入射光的频率有关。截止电压的大小反映光电子初动能的大小：截止电压与入射光频率成线性.红限频率4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0-Ua(V)CsNaCa能量第一节波粒二象性

7、14*光电子初动能依赖光频；经典认为光强越大，饱和电流应该大，光电子的初动能也该大。但实验上饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能取决于光频率。2、经典理论解释光电效应的困难：*红限频率；只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率低于红限时，无论光强再大也没有光电流。而经典认为光电效应只依赖光强，而不应与频率有关。*瞬时性。光电效应具有瞬时性，其响应速度很快~10-9秒。经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间。第一节波粒二象性光电效应与光量子UGAK151905年，爱因斯坦在能量子假说基础上提出光子理论：认为光不仅在与物质相互作用时（发射

8、和吸收），具有粒子性，而且在传播过程中也有粒子性。一