课件第15章 量子物理基础----光电效应.pptVIP

第15章量子物理基础 * * 量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到 20 世纪 30 年代，就建立了一套完整的量子力学理论. 量子力学 宏观领域 经典力学 现代物理的理论基础 量子力学相 对 论 量子力学 微观世界的理论 起源于对波粒二相性的认识 * 一 黑体 黑体辐射 （1）热辐射 实验证明不同温度下物体能发出 不同的电磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同 的电磁辐射叫做热辐射. （2）单色辐射出射度 单位时间内从物体单位表面积发出的频率在 附近单位频率区间（或波长在 附近单位波长区间）的电磁波的能量 . 单色辐射出射度 单位： 单色辐射出射度 单位： * （3）辐射出射度 （辐出度） 单位时间，单位 面积上所辐射出的各 种频率（或各种波长） 的电磁波的能量总和. 0 2 4 6 8 10 12 钨丝和太阳的单色辐出度曲线 2 12 10 4 6 8 太阳 可见光区 钨丝（5800K） 太阳 （5800K） 钨丝 * 实验表明 辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强. （4）黑体 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体 .（黑体是理想模型） * 0 1 2 3 6 1 2 3 4 5 瑞利 - 金斯公式 实验曲线 * * * * * * * * * * * * * * * * 三 黑体辐射的瑞利—金斯公式 经典物理的困难 瑞利 - 金斯公式 紫外灾难 * 四 普朗克假设 普朗克黑体辐射公式（1900 年） 普朗克常量 能量子 为单元来吸收或发射能量. 普朗克认为：金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量时，不是过去经典物理认为的那样可以连续的吸收或发射能量，而是以与振子的频率成正比的 普朗克黑体辐射公式 空腔壁上的带电谐振子吸收或发射能量应为 * 0 1 2 3 6 瑞利 - 金斯公式 1 2 3 4 5 普朗克公式的理论曲线 实验值 * * * * * * * * * * * * * * * * * 15.1.2 光电效应 爱因斯坦光子假设 * V G -----饱和电流 -----遏制电压 饱和电流-----当加速电压再怎么增大电流也不会变化时 的光电流值，它是单位时间逸出的光电子数 遏制电压------反向电压达到某个值的时候光电流恰好 减为零，此时即便是动能最大的电子也到不了A极 * * * （1）饱和光电流强度与入射光强度成正比说明： 单位时间内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 当光的频率不变，改变入射光强度得到： 光电效应实验规律说明了什么？ （2）U0遏止电压与光强的无关 既：光电子的最大动能与光强无关。 * U03 U02 U01 3 1 2 U I IS 0 既：遏止电压的大小反映 光电子初动能的大小 由前面分析知： 遏止电压与入射光频率有线性关系 实验证明： K对所有材料都是一个常数， 而Ua对不同金属有不同值, （3） 光电子的初动能与入射光强度无关，而与入射光 的频率成正比。 * （4）产生光电效应的金属具有一定的红限频率。 由 可知，只有当 从金属表面逸出的电子才具有初动能，即产生光电效应。 红限频率 可见红限频率与材料 有关 金属 红限频率 4.545 5.50 8.065 11.53 铯 钠 锌 铱 铂 19.29 * （5） 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。 * 实验规律意味着逸出的电子数由光的强度决定而电子的 最大动能却与频率有关。 经典物理又遇到了麻烦 光的频率小于某个值（红限频率） 时，没有光电子逸出。 提示：最大动能与频率成正比 由理论分析知： 有实验规律知： * 光强越大，饱和电流应该大，光电子的初 动能也该大，即初动能正比于光强。 有无光电效产生应该与光强有关，与频率无关。 光能量分布在波面上，吸收能量要 时间，即需能量的积累过程。 经典理论