《大学物理》课程PPT教学课件：第十六章 量子物理学基础（辽宁工程技术大学）

物理电子

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第16章量子物理学基础 16.1光的量子性 光电效应 1887年赫兹发现 带电粒子勒纳德证明 是电子! 为逸属属当 光出表表光 0。 电的面面照 效现有时射 象电在 称子金金 金属 光电子 2021/2/22 2

2021/2/22 2 1887年赫兹发现 紫外光 带电粒子 勒纳德证明 是电子! 金属 当 光 照 射 在 金 属 表 面 时 ， 金 属 表 面 有 电 子 逸 出 的 现 象 称 为 光 电 效 应 。 16.1 光的量子性 一、光电效应 光电子 第16章 量子物理学基础

1.光电效应的实验规律 光 饱 和 M2 光 电M1 照射光强 流 12>l1 饱和光电流L正比于光强 OC (1)光电流和入射光强度的关系 2021/2/22

2021/2/22 3 1. 光电效应的实验规律 I, 饱 和 光 电 流 i U M 2 i M1 i I1 −Ua I2 I2>I1 照 射 光 强 i I 饱和光电流 i M 正比于光强 I M  (1) 光电流和入射光强度的关系

光电流的实质就是从阴极K流向 GD 光I 阳极A的电子流 K 光电流大表示单位时间内从K 到A的光电子数多 光电流达到饱和则表示从K飞 出的光电子全部流入A 设N为单位时间内从K极飞出的光电子数,e为电子的电量 i.∝CI N∝Ⅰ 单位时间内,从受光照射的电极上释放出来 的光电子数目N与入射光的强度成正比 2021/22 4

2021/2/22 4 光电流的实质:就是从阴极K流向 阳极A的电子流 光电流大表示单位时间内从K 到A的光电子数多 光电流达到饱和则表示从K飞 出的光电子全部流入A 设N为单位时间内从K极飞出的光电子数,e为电子的电量 i Ne M = i I M  N  I 单位时间内,从受光照射的电极上释放出来 的光电子数目N与入射光的强度I成正比 I,

(2)光电子的初动能与入射光频率之间的关系 当U=0时,i≠0 M2 说明:从阴极K逸出1 的光电子具有初动?m:in 12>1 当反向电压为U2时,i=0 使光电流=0的反向电压的绝对值U称为遏止电压 说明:具有最大初动能的光电子也刚好不能达到A 1=e|L 2021/2/22

2021/2/22 5 (2) 光电子的初动能与入射光频率之间的关系 当U=0时, i  0 说明:从阴极K逸出 的光电子具有初动能 2 2 1 mv 当反向电压为Ua时, i = 0 说明:具有最大初动能的光电子也刚好不能达到A 使光电流=0的反向电压的绝对值|Ua |称为遏止电压 | | 2 1 2 u a mv = e i U M 2 i M1 i I1 −Ua I2 I2>I1

遏止电压Ua与入射光的光强玩无关 遏止电压Un与入射光的频率v有关 Lu,=ky-u k与金属种类无关的常量 01un与金属种类有关的常量 -my= ekv-eu 光电子的最大初动能随入射光的频率v呈 线性地增加与入射光强度无关 2021/2/22

2021/2/22 6 遏止电压|Ua |与入射光的光强I无关 遏止电压Ua与入射光的频率ν有关 0 | u a |= k − u k 与金属种类无关的常量 u0 与金属种类有关的常量 0 2 2 1 mv = ek − eu 光电子的最大初动能随入射光的频率ν呈 线性地增加,与入射光强度无关

(3)光电效应有一定的截止、Nnp ekv-euol 2 mp2≥0 2 ey-en≥0y k 要使受光照射的金属逸出电子入射光的频率必须满足 令 々S0 v0光电效应的红限频率(或红限) k 当光照射某一金属时,无论光强如何,照射时间 多长,只要入射光的频率v小于这一物质的红限 v(vv0),就不会产生光电效应 2021/2/22 7

2021/2/22 7 (3) 光电效应有一定的截止频率 0 2 2 1 mv = ek − eu 0 2 1 2 mv  0 ek − eu0  k u0   要使受光照射的金属逸出电子,入射光的频率必须满足 k u0 令 0 = 0 光电效应的红限频率(或红限) 当光照射某一金属时,无论光强如何,照射时间 多长,只要入射光的频率ν小于这一物质的红限 ν0 (ν<ν0 ) ,就不会产生光电效应

(4)光电效应与时间的关系 只要入射光的频率ν大于红限v(v>v),从光开始照 射直到金属释放出光电子,其中的时间间隔小于109 秒,几乎是瞬时的,与入射光的强度无关 2.光电效应与经典理论的矛盾 (1)mv2应该与光强有关,而不是频率。 (2)只要光强足够,就应产生光电效应,不应存 在红限。 (3)产生光电效应需要时间积累能量,尤其光强 较弱时。 2021/2/22

2021/2/22 8 (4) 光电效应与时间的关系 只要入射光的频率ν大于红限ν0 (ν>ν0 ) ,从光开始照 射直到金属释放出光电子,其中的时间间隔小于10-9 秒,几乎是瞬时的,与入射光的强度无关 2. 光电效应与经典理论的矛盾 2 2 1 (1) mv 应该与光强有关，而不是频率。 (2) 只要光强足够，就应产生光电效应，不应存 在红限。 (3) 产生光电效应需要时间积累能量，尤其光强 较弱时

二、爱因斯坦光子假设 能量如商店里卖 啤酒,只能一瓶 1.普朗克的量子假设 一瓶卖出。 1900年,普朗克提出能量子hv 能量不连续, E=nhvn=1,2,3, 只能是hv的 整数倍。 h=663×1034.s-普朗克常数 1900年12月14日,在德国物理 学会上演讲这一天定为量 子力学的诞生日。 2021/2/22

2021/2/22 9 1. 普朗克的量子假设 1900年12月14日，在德国物理 学会上演讲 ——这一天定为量 子力学的诞生日。 E = nh 能量不连续， 只能是 h 的 整数倍。 1900年，普朗克提出能量子h h=6.6310-34 J.s —— 普朗克常数 二、爱因斯坦光子假设 n = 1,2,3,  能量如商店里卖 啤酒，只能一瓶 一瓶卖出

他对自己的理论忐忑不安,“经典理 论给了我们这样多有用的东西,因此, 量子论 必须以最大的谨慎对待它,维护 除非绝对必要,否则不要改变 现有的理论。”1910年,他提出发射 能量不连续,吸收连续,啤酒卖出去 后就成了流体。1914年,发射也连续 只有相互碰撞时才不连续 普朗克把物理带到量子论大门口,却没进去 爱因斯坦、玻尔勇敢地闯了进去! 2021/2/22

2021/2/22 10 他对自己的理论忐忑不安，“经典理 论给了我们这样多有用的东西，因此， 必须以最大的谨慎对待它，维护 它……除非绝对必要，否则不要改变 现有的理论。” 1910年，他提出发射 能量不连续，吸收连续，啤酒卖出去 后就成了流体。1914年，发射也连续 只有相互碰撞时才不连续。 量 子 论 普朗克把物理带到量子论大门口，却没进去。 爱因斯坦、玻尔勇敢地闯了进去！