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解： 可见光光子的最大能量： ⒋已知一些材料的功函数(逸出功)为：铍——3.9eV，钯——5.0eV，铯——1.9eV，钨——4.5eV. 今要制造能在可见光(频率范围为3.9?1014Hz~7.5?1014Hz)下工作的光电管，在这些材料中应选 . 应有 ? 铯 [思考] 光电子的最大动能=？遏止电压=？ ⒍如图，媒质Ⅰ为空气(n1=1.00)，Ⅱ为玻璃(n2=1.60) ，自然光入射，若使Ⅰ、Ⅱ交界面上的反射光为线偏振光，则 ⑴入射角i=? ⑵折射角r=? ⑶玻璃下表面处的反射光是否也是线偏振光？ 解： ⑴ ⑵ ⑶ 是 Ⅱ Ⅰ i r Ⅰ 解： ⒎如图，一平玻璃板放在水中，板面与水面夹角为?，水和玻璃的折射率分别为1.333和1.517, 要使水面和玻璃板面的反射光都是完全偏振光，?=? i1 i2 ? 解： o (寻常) *⒏在双折射晶体内部,有某种特定方向称为晶体的光轴,光在晶体内沿光轴传播时, 光和 光的传播速度相等。 e (非常) 量子物理 (Quantum Physics) ——原子及亚原子层次 理论基础：量子力学 应用专题：激光、固体能带、半导体 第一章 波粒二象性 (Wave-Particle Duality) 主要内容： 普朗克量子假设 光电效应 德布罗意波 §1.1 黑体辐射 (Blackbody Radiation) 任何物体在任何温度下都发射各种波长的电磁波. 常温下，以红外辐射为主. M? ? ?m o M?——单色辐出度：单位时间内从物体单位表面积发射的波长在?附近单位波长间隔内的辐射能 ——热辐射 规律：T? ? ?m? 黑体： ⒈黑体辐射 空腔上的小孔： e.g. 黑体辐射实验曲线： M? ? o 理论计算：原子振动?电磁波?腔内驻波?能量密度?辐射功率 能完全吸收入射的各种波长的辐射 的物体 ⒉普朗克量子假设 1900年，M.Planck “绝望地”、“不惜任何代价地”提出了能量量子化假设： 谐振子能量： E=nh? (n=0,1,2,?) h——普朗克常量(6.626?10-34J?s) n——量子数 ?——频率 普朗克黑体辐射公式： (与实验相符) Notes: ①由该公式可导出另两个辐射定律：Stefan-Boltzmann定律、Wien位移定律(See P.318~319, P.326~327) ②能量量子化假设是普遍成立的, 但在宏观情形, 能量变化看似连续. e.g. 单摆：m=0.1kg, ?=1Hz, A=0.1m No measurable! §1.2 光电效应 (Photoelectric Effect) ⒈实验现象 e- 光 阴极 阳极 U(电压) i (光电流) ——1887年发现 Ua ? ?0 0 ①光强I? ? im(饱和电流)? ②光频??0(红限频率) ?无光电流 ③光频?? ? Ua(遏止电压)? i U im -Ua 0 光强I 光强I?I 规律： ④光照?t10-9s ?光电流 M? M?? ⒉理论解释 光的波动理论无能为力。 1905年，Einstein： ⑴光子假说 ——光由光子(photon)组成，每个光子以光速运动，具有能量h? . ⑵光电效应方程 光电子的最大动能 入射光子的能量 金属的逸出功 ⑶对实验的解释 ①光强I?? 单位时间内入射的光子数? ? 光电子数? ? im? ?? ? ? ? ? ? Ua? ③ ② 光频??0 ? h?A ?无光电子逸出 ④ 光子被电子吸收几乎瞬时完成?快速响应 ⒊光的本性——波粒二象性 光子 波动性——?, ? 粒子性——E, p, m 关系： e.g. ?=500nm E=2.5 eV p=1.3?10-27 kg?m/s m=4.4?10-36 kg ⒋光电效应的应用 ①光－电转换 ②光电子能谱 e.g. XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) X-ray Photoelectron ——材料表面成分分析和结构分析 Ek (eV) 谱图： [例1-1] 在某金属的光电效应实验中，测得如图所示曲线，则该金属的红限频率?0= Hz，逸出功A= eV. Ua (V) ? (1014Hz) 5 0 -2 解： ⑴由图： ?0=5?1014 Hz ⑵ 令 [解法二]： [思考] 为什么两种解法结果不同? [例1-2] 以?=0.207?m的紫外光照射金属钯，已知钯的红限频率?0=1.21?1015 Hz ，则遏止电压?Ua ?= V. 解： [思考] 钯的红限波长？