[工学]量子力学1共3个.ppt

第十一章 量子物理学基础 光电效应 爱因斯坦光量子假说 理学院 姜海丽 * 从经典物理到现代物理概述 物理学 经典物理 现代物理 力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子论 非线性 时间 t 关 键 概 念 的 发 展 力学 电磁学 热学 相对论 量子论 1600 1700 1800 1900 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、广义相对论、等离子体物理和粒子 物理。 ** 太阳中微子短缺问题 ** 引力波存在的问题 ** 物体的速度能否超过光速的问题 ** 非平衡热力学及统计物理 物理学发展的总趋向： * 学科之间的大综合。 * 相互渗透结合成边缘学科。 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”。 ?? 原子的线光谱和原子结构。 当把铁块加热时,随着温度的不断升高,它的颜色由暗红变为赤红、橙色、而最后变成黄白色。 热辐射：能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射。 §1 黑体辐射 普朗克量子假设 黑体：能完全吸收照射到表面的各种频率的光而不发生任何反射和投射的物体称黑体。 绝对黑体模型 平衡热辐射：如果在同一时间内从物体表面辐射的电磁波的能量和它吸收的电磁波的能量相等，物体的辐射就处于温度一定的热平衡状态． 辐射出射度M (?) ： 单位 时间内从物体单位表面积发出的频率在υ附近单位频率区间的电磁波的能量。 一、黑体辐射及其基本规律 单位：W/m2Hz 钨丝M? ／(10-9W/(m2. HZ) 太阳M? ／(10-8W/(m2. HZ) 钨丝 （2750K） 10 8 6 4 2 ??10-14Hz 钨丝和太阳的M? 和? 的关系曲线 太阳 （5800K） 可见光 4 8 　　19世纪末，许多物理学家欲从理论上导出 黑体的单色辐射出射度 M(?) 和 ? 的关系式。 1. 维恩公式： 在紫外极限实验结果吻合较好。 2. 瑞利－ 金斯公式: ——玻尔兹曼常数 在长波长、高温度条件下与实验结果吻合较好，但在紫外极限下, 能量密度趋于无穷。 ??1014Hz 6 5 4 3 2 1 0 M? T=2000K 实验曲线和普朗克公式 维恩公式 瑞利—金斯公式 普朗克公式 在长波长与瑞利－金斯公式一致，在紫外极限下与维恩公式一致。在全波长范围与实验结果吻合很好。 二、 普朗克量子假设 Max Karl Ernst Ludwig Plank 1858-1947 The Nobel Prize in Physics 1918 Wilhelm Wien 1864-1928 The Nobel Prize in Physics 1911 11.2 光电效应 爱因斯坦光量子假说 11.2.1 光电效应 如图所示，为光电效应的基本装置。 S：真空的玻璃容器 m：石英玻璃窗 A：阳极 K：阴极（金属板） U G m S A K 当紫外线或波长很短的可见光照在阴极时，金属板将释放电子（即光电子） ，这种现象称为光电效应。 一、实验装置 （1）饱和光电流强度与入射光强度成正比 或者说：单位时间内因光照射从金属表面逸出的光电子数目与入射光强成正比 U0 3 1 2 U I IS 0 Is称为饱和光电流。如图即为相同频率，不同入射光强度 二、光电效应的实验规律（实验结果） （2）遏止电压 实验表明反向电压增加到一定数值U0，光电流减小到 实验结果说明：光电子的初动能与入射光强度无关。遏止电压的大小反映光电子初动能的大小 零。U0称为遏止电压 遏止电压的存在意味着金属表面因光照射而释放的光电子有一定的最大初动能，满足 （3）产生光电效应的金属具有一定的截止频率。 用不同种的金属及不同频率的光照射，将得到曲线： U03 U02 U01 3 1 2 U I IS 0 遏止电压与入射光频率有线性关系，即最大初动能与频率成正比。 实验证明： Ua对不同金属有不同值；不同金属斜率相同 红限频率 U0 ?0 ?0 Ua （4） 光电效应具有瞬时性，或说响应速度很快， 10-9秒。 只要 ，则在光照射金属表面 后，几乎立即就有光电子逸出，与光的强度无关。 即产生光电效