七章 光的量子性0.pptVIP

1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式 * * 波动光学 十九世纪末物理学的重大革命，起始于一些当时无法解释的 光学现象。 干涉 衍射 光的偏振 第七章 光的量子性 黑体辐射、光电现象 ——量子论 7.1 黑体辐射 一、热辐射、发光 辐射种类： 热辐射: 物体处于热平衡状态下的辐射 发光 化学发光 光致发光 热致发光 7.1 黑体辐射 单色辐射出射度 ——温度为Ｔ时，辐射频率为　　的辐射能量 辐射出射度 ——温度为Ｔ时，物体表面单位面积辐射的功率。 （单色幅出度） 二、热辐射的描述 三、黑体 黑体——在任何温度状态下、全部吸收任何波长。 T=6000k T=5000k T=3000k 可见光 实验曲线图（如右图） ? = 5.67032?10-8 w/(m2K4) b= 2.8978?10-3 m·K （1）斯特藩——玻尔兹曼定律 斯特藩—玻尔兹曼常数 （2）维恩位移定律（１８９３年） 黑体的幅出度 ７.2 黑体的经典辐射定律 有一极大值，所对应的波长： 可以解释热辐射现象： T升高，物体颜色由红向青变化。 k= 1.38?10-38 J/K (3) 维恩公式（热力学） (4) 瑞利——金斯定律（能量均分定理） 黑体的经典辐射定律及其困难 玻尔兹曼常数 维恩公式 ?小 ?大 瑞利——金斯公式 与实验曲线完全相符合 ７.3 普朗克的能量子假说 E0?2E0 吸收外来辐射 2E0?E0 辐射能量 辐射体由各种振动频率的谐振子组成。 3.物体发射或吸收电磁辐射时，能量 交换的最小单位是能量子 2.每个谐振子能量不同，只能处于某些分立的能量 状态E0，2E0，3E0，…。最小的能量单位E0 即为能量子。 意义： 1. 打破“一切自然过程能量都是连续的”经典看法 ２、实现从经典?量子的过渡。 G V 7.4 光电效应 光电效应——电子在光的作用下从金属表面发射出来的现象。 逸出来的电子称为光电子 实验装置 电压、入射光光强、入射光频率的作用 I U 0 IH 实验一（电压作用）： 1、增加电压U，光电流随之增加，直至饱和。 3、当反向电压U=U0时,光电流 I = 0。 截止电压：光电子刚好不能到达A极时所加的反向电压值 U0 。 2、电压U = 0时，光电流 I = 0。 U0 实验二：入射光作用 I UAK 0 U01 U02 U03 1、入射光频率不变，饱和电流 IS 的大小与入射光的强度成正比。 2、入射光的强度不变时，其频率越高，截止电压U越大。 o Ｉ一定 I UAK U0 I1 I2 I3 I1 I2 I3 实验三（频率作用） 只有当入射光频率 v 大于一定的频率 v0 时， 才会产生光电效应。? 0 称为该金属的截止频率，或红限频率 只要当入射光频率 v 大于一定的频率 v0 时， 光电效应是瞬时发生的 G V 从实验中得到光电效应的规律： 1. 饱和电流Im ? 入射光强 I。 2. 遏止电压U0与入射光频率有关， 与I。无关。 3. 入射光频率? ?0（某一频率）， 无论照射多长时间，无光电流产生。 4. 只要 ? ?0 ，不管I。多弱，一照上去， 就有光电流产生。 一、光电效应的实验规律 V I Im U0 1.照射光愈强，逸出表面的电子数多，当电压足够大时， 全部电子到达阳极，所以饱和电流Im ? 入射光强 I。 二、光电效应与波动理论的矛盾 用波动理论解释光电效应: 2. 二、光电效应与波动理论的矛盾 照射的光强，接受的能量愈多， U0应与光强有关，实际却与光的频率有关。矛盾 3.照射时间长，积累能量多，只要照射足够长时间，总会有 电子逸出，有电流。实际却是若入射光频率? ?0 ， 无论照射多长时间，无光电流产生。 矛盾 4.光很弱，必须要照射长时间，才能积累足够的能量， 使电子从金属表面逸出。但实际却只要 ? ?0， 不管I。多弱，一照上去，就有光电流产生。矛盾 7.5 爱因斯坦的量子解释 一、爱因斯坦的光子假设和光电效应方程 1. 光子假设 爱因斯坦：光在传播过程中具有波动性，而在与物质相互 作用过程中，能量集中在光（量）子上。 每个光子能量： 发射和吸收能量时，以一个光子为最小单位 ?——辐射频率 h——普朗克常数 2. 光电效应方程 光子能量 光电子最大动能 逸出功 一个电子吸收一个光子能量，一对一吸收 二、对光电效应的量子解释 入射光强 I0 ? N h? ，逸出光电子数n ? N，当电压足够大时，全部电子到达阳极，饱和电流Im=ne? ?入射光强 I。 2. 频率高，遏止电压Vg大 3. 频率高,能量h? 大，只有在