zx第七章-早期量子论图片课案.ppt

§7.3 光电效应的研究 勒纳德用不同材料做阴极,用不同光源照射,发现都对遏止电压有 影响,唯独改变光的强度对遏止电压没有影响。 电子逸出金属表面的最大速度与光强无关,这就是勒纳德的新发现。但是这个结论与经典理论是矛盾的。根据经典理论,电子接受光的能量获得动能,应该是光越强,能量也越大,电子的速度也就越快。 §7.3 光电效应的研究 和经典理论有抵触的实验事实还不止此,在勒纳德之前,人们已经 遇到了其他的矛盾,例如: 1.光的频率低于某一临界值时,不论光有多强,也不会产生光电流, 可是根据经典理论,应该没有频率限制。 2.光照到金属表面,光电流立即就会产生,可是根据经典理论,能 量总要有一个积累过程。 §7.3 光电效应的研究 勒纳德在 1902 年提出触发假说,假设在电子的发射过程中, 光只起触发作用,电子原本就是以某一速度在原子内部运动,光照到原 子上,只要光的频率与电子本身的振动频率一致,就发生共振,所以光 只起打开闸门的作用,闸门一旦打开,电子就以其自身的速度从原子内 部逸走。他认为,原子里电子的振动频率是特定的,只有频率合适的光 才能起触发作用。他还建议,由此也许可以了解原子内部的结构。 §7.3 光电效应的研究 7.3.4 密立根的光电效应实验 直到 1916 年,才由美国物理学家密立根(Robert Millikan,1868 —1953)作出了全面的验证。他的实验非常出色,主要是排除了表面的接触电位差、氧化膜的影响,获得了比较好的单色光。他在自己的论文中写道: §7.3 光电效应的研究 “实验样品固定在小轮上,小轮可以用电磁铁控制,所有操作都是 借助于装在(真空管)外面的可动电磁铁来完成。随着操作的需要,真 空管的结构越来越复杂,到后来可以说它简直成了一个真空的机械车间。所有的真空管都要进行这样几步操作: (l)在真空中排除全部表面的全部氧化膜; (2)测量消除了氧化膜的表面上的光电流和光电位; (3)同时测量表面的接触电位差。” 图7-5 密立根光电效应实验装置原理图 图7-6 密立根发表的光电流曲线之一（曲线与横坐标的交点即为遏止电压） 图7-7 钠的遏止电压与频率成正比（从斜率可算出h值） §7.3 光电效应的研究 爱因斯坦对密立根光电效应实验作了高 度评价,指出:“我感激密立根关于光电效应的研究,它第一次判决性地证明了在光的影响下电子从固体发射与光的振动周期有关,这一量 子论的结果是辐射的粒子结构所特有的性质。” 正是由于密立根全面地证实了爱因斯坦的光电方程,光量子理论才 开始得到人们的承认。1921年和1923年,他们两人分别获得了诺贝尔物理奖。 §7.3 光电效应的研究 密立根的光电实验是从 1904 年开始的,到 1914 年发表初步成果, 历经十年,在 1923 年的领奖演说中,密立根公开承认自己曾长期抱怀疑态度,他说道: “经过十年之久的试验、改进和学习,有时甚至还遇到挫折,在这 之后,我把一切努力从一开头就针对光电子发射能量的精密测量,测量 它随温度、波长、材料(接触电动势)改变的函数关系。与我自己预料 的相反,这项工作终于在 1914 年成了爱因斯坦方程在很小的实验误差范 围内精确有效的第一次直接实验证据,并且第一次直接从光电效应测定 普朗克常数 h。” §7.3 光电效应的研究 密立根并不讳言,他在做光电效应实验时,本来的目的是希望证明 经典理论的正确性,甚至在他宣布证实了光电方程时,他还声称要肯定 爱因斯坦的光量子理论还为时过早。 密立根对量子理论的保守态度有一定的代表性,说明量子理论在发 展过程中遇到的阻力是何等的巨大! §7.4 固体比热 在量子论初期史中,固体比热的研究是继黑体辐射和光电效应之后 的又一重大课题。1907 年爱因斯坦进一步把能量子假说用于固体比热, 克服了经典理论的又一困难,并及时得到了能斯特(Walther Nernst, 1864—1941)的实验验证和大力宣传,使量子论开始被人们认识,从而 打开了进一步发展的局面。 §7.4 固体比热 7.4.1 固体比热的历史 1819 年,原是化学家的 杜隆(P.L.Dulong,1785—1838)和物理学家珀替(A.T.Petit,1790— 1820)在长期合作研究物质的物理性质与原子特性的关系之后,进行了 一系列比热实验。他们选择的对象是各种固体,想通过比热研究其物理 性质。在大量数据的基础上他们发现,对于许多物质原子量和比热的乘积往往是同一常数。由此总结出一条定律:“所有简单物体的原子都精 确地具有相同的热容量。” §7.4 固体比热 这个经验定律在分子运动论中得到解释。根据麦克斯韦-玻尔兹曼能 量均分原理,如果