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第十五章 量子物理 Quantum Physics 第十五章 量子物理 Quantum Physics 1965年，3K微波背景辐射的发现，是大爆炸理论的有力论据。两位发现者：美国贝尔实验室的工程师彭齐亚斯和威尔逊也因此获得了1978年诺贝尔物理学奖。 1989年,利用卫星(COBE，Cosmic Background Explorer)进一步测得了宇宙背景温度为：T = 2.726K 3、光子理论对光电效应的解释 当入射光的频率一定时，入射光越强则光子数N 就越多，单位时间产生的光电子数就越多，饱合光电流就越大。 光的强度决定于单位时间内通过单位垂直面积的光子数N 1) 饱和光电流强度 is 与入射光强 I 成正比 实验规律 i 0 U i s 2 i s 1 I 1 I 2 光强 I 2 I 1 -UO 光子理论的解释 与频率成线性关系，而与光的强度无关 与实验比较有 由 和 3、光子理论对光电效应的解释 2) 光电子的初动能随入射光 的频率线性增加，而与入 射光的强度无关。 4.0 6.0 8.0 10.0 ? (1014Hz) 0.0 1.0 2.0 UO(?) Cs Na Ca 实验规律 光子理论的解释 为红限频率 3）若能发生光电效应必要求 4）一个光子是整体而被电子吸收，不需要时间积累， 因此光电效应的弛豫时间很短。 3、光子理论对光电效应的解释 3) 只有当入射光频率? 大于一定频率? 0时, 才会产生光电效应。 ?0 称为截止频率或红限频率 4) 光电效应是瞬时发生的。 驰豫时间不超过10-9s 实验规律 光子理论的解释 四、光的波粒二象性 (* 重点 *） 光子静止质量: 光子的能量： 2、光的“波粒二象性” 1)在有些情况(干涉、衍射、偏振等)下，光显示出波动性 2)在另一些情况下(热辐射、光电效应等) ，显示出粒子性 光具有“波粒二象性” 爱因斯坦获1921年诺贝尔物理奖。 1、光子的能量、质量与动量 光子的动量： 例 （1）不论真空中或介质中的速度都是C; （2）它的静止质量为零； （3）它的动量为： ； （4）它的总能量就是它的动能； （5）它有动量和能量，但没有质量。 关于光子的性质，有以下说法，其中正确的是： 书15-3 外光电效应在近代技术中的应用 光电开关、自动控制、自动计数、 光控继电器、光电传感器、自动控制、 自动计数、自动报警、 (微光)夜视仪、 红外成像仪等. 放大器 接控件机构 光 光控继电器示意图 光电倍增管 本节知识点 1、爱因斯坦光量子假说 1）一束光是一束以光速 C 运动的粒子流， 这些粒子称为光量子（光子）Photon 2）对于频率为? 的单色光 每个光子的能量: W ：逸出功 当频率为? 光照射金属时，一个电子整体只吸收一个光子 根据能量守恒: 2、爱因斯坦光电效应方程 本节知识点 3、光的波粒二象性 光子静止质量: 光子的能量： 2）光具有“波粒二象性” A)在有些情况(干涉、衍射、偏振等)下，光显示出波动性 B)在另一些情况下(热辐射、光电效应等),显示出粒子性 1）光子的能量、质量与动量 光子的动量： 大学物理 第十五章 量 子 物 理 Quantum Physics 理学院物理系 王 强 * 第15章 量子物理 大学物理 §15-1 黑体辐射 普朗克能量子假设 理学院物理系 王 强 * 第15章 量子物理 大学物理 §15-2 光电效应 光的波粒二象性 Photoelectric Effect Wave-particle Dualism 理学院物理系 王 强 * 第15章 量子物理 震撼世界的 量子科学 到 19 世纪末和 20 世纪初，经典物理学理论已经系统、完整地建立，其中包括经典力学、热力学、统计物理学、经典电动力学、波动光学。经典物理学辉煌的科学大厦建立了 。 1899年, W．汤姆生(开尔文男爵)在欧洲科学家新年聚会的贺词中说：“物理学晴朗的天空上， 飘着两朵令人不安的乌云” 黑体辐射 迈克尔逊 —莫雷实验 光电效应 氢原子光谱 康普顿效应 前 言 W.Thomson 1824—1907 §15-2 光电效应 光的波粒二象性 2 §15-4 氢原子的玻尔理论 4 §15-3 康普顿效应 3 3 §15-1 黑体辐射 普朗克能量子假设 3 1 §15-7 不确