量子物理21资料讲解.ppt

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1、量子物理21§2.1黑体辐射与光电效应(Blackbodyradiationandphotoelectriceffect)黑体的概念(Blackbody)在十九世纪末期，黑体辐射是物理学家们极感兴趣的一个话题。任何物体在任何温度都会向外发射各种波长的电磁波，但电磁波的能量按波长的分布却随温度而变化，此即“热辐射”。物体在产生热辐射的同时，也会吸收和反射外来的电磁波。如果一个物体能完全吸收外来的电磁辐射而无反射和透射，则被称为绝对黑体，简称黑体。黑体的模型见图6.1量子假说的实验根据之一黑体辐射（Blackbodyradiation）黑体辐射的辐射本领单色辐射本领R（λ，T）：即单位时间从黑体

2、的单位面积上所辐射出去的波长在λ附近的单位波长范围内的能量。总辐射本领R（T）即单位时间从黑体单位面积上所辐射出去的电磁波的总能量。R（T）=由于因而(6-3)黑体辐射的实验规律(Theexperimentalresultsofblackbodyradiation)Kirchhoff证明，热平衡时，辐射能量密度E（υ，T）随υ变化的曲线与空穴的形状及组成物质无关。Wien位移定律（图6.2）(6-1)理论公式这是黑体辐射本领与能量密度的关系Wien公式(6-5)在低能部分与实验有明显偏差。Rayleigh-Jeans公式(6-6)在低能段与实验吻合，但随υ增大。而与实验偏差加大，当υ→∞时引起

3、发散（紫外灾难）。上面的公式都是从经典物理中得到的！oλ(μm)123568947MBλ实验值oλ(μm)123568947MBλ维恩实验值oλ(μm)123568947MBλ瑞利--金斯实验值紫外灾难oλ(μm)123568947MBλ维恩瑞利--金斯实验值紫外灾难Planck公式：（6-7）显然，当hυ>>kT时，Planck公式与Wien公式相一致，而当hυ<

4、量，h=6.626×10-34J.S（与6-3）式相类似，可得：由即可导出Wien位移定律。光电效应（photoelectriceffect)量子假说的实验根据之二1900年，Lenard在Hertz和Hallwachs实验的基础上，证明了金属在紫外光照射下会发射电子,这就是光电效应。进一步的研究发现，光电效应具有以下几个特点：(1)光电流的产生几乎与光照同步。（图6.5a）图6.5(a)说明：电子获得能量不需要时间积累图6.5(b)(2)当V（减速电势）和ν（光的频率）固定时，光电流i与光强I成正比。（图6.5b）说明：单位时间内逸出的电子数目正比于光的强度。(3)当υ固定时，i随V增加而

5、减小。当V=V0（遏止电压）时，i=0。且V0与I无关。（图6.5c）图6.5(c)说明：光电子的最大能量与光强无关。图6.5(d)(4)对某一确定的材料，V0仅依赖于υ而与I无关，且υ存在一个阈值υ0（称为红限），仅当υ>υ0时，才有光电流产生。对大多数金属而言，υ0处于紫外线区，而V0的量级在n个伏特，这意味着光电子的动能在eV的量级。光电效应的经典解释（Classicalinterpretationofphotoelectriceffect）按照经典物理，光是电磁波，当光照在电子上时，电子便获得能量。当电子能量累积到一定程度，就能脱离原子的束缚而逸出。估算结果表明，以光强为1μW/m2的

6、光照射到钠金属的表面，要使其中的电子获得1eV的能量，约需107s，这与光电效应中光电流对光照的快速响应（<10-9s）完全不相符合。按照经典理论，决定电子能量的是光强，而不是光的频率。实验事实却是，光电子能量与光强无关，却取决于光的频率。光电效应的量子解释(Quantuminterpretationofphotoelectriceffect)1905年，Einstein发展了Planck的量子假设，提出了光量子的概念。爱因斯坦光子假说ε电子的动能，即：=hn他认为金属中的自由电子吸收一个光子能量hn以后，一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸出功A，一部分转化为光一束光是一粒一粒以光速c运动

7、的粒子（称为光子）流，每一光子的能量为：——爱因斯坦光电效应方程21hAmvn=+23.光电子初动能仅与入射光频率和逸出功有关，且与频率成线性关系。4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到红限频率：爱因斯坦对光电效应的解释：1.光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。2.电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间的累积。Anh0=Einstein的光电子假设，遭到了包括