17波粒二象性.ppt

无锡市第一中学 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学著名物理学家开尔文勋爵家开尔文勋爵威廉威廉.汤姆孙汤姆孙作了展望新世纪的发言作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。一些零碎的修补工作就行了。” “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，安的乌云，一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊光速一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊光速实验有关。实验有关。 ” 然而然而, 事隔不到一年事隔不到一年(1900年底年底)，就从第一朵乌，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着云中降生了量子论，紧接着(1905年年)从第二朵乌云从第二朵乌云中降生了相对论。中降生了相对论。 经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无山重水复疑无路路, 柳暗花明又一村柳暗花明又一村 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。特征与温度有关。1400K800K1000K1200K一、一、 热辐射现象热辐射现象黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射 能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。射和透射的物体称为绝对黑体。 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。的基础。二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射实验结论实验结论: :1.温度越高温度越高,辐射能越大辐射能越大;1700K1500K1300K1100K2.与最大辐射能对应的波长向短波方向移动与最大辐射能对应的波长向短波方向移动黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射紫外灾难紫外灾难三、普朗克理论三、普朗克理论 : : 在发射和吸收能量的时候，不是连续不断，在发射和吸收能量的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。能量是而是分成一份一份的。能量是h 的整数倍。的整数倍。 最小能量为最小能量为: E=h 是波的频率是波的频率 sJh3410626. 6黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射=h辐射黑体分子、原子的振动可看辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量值。相应的能量是某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：（称为能量子）的整数倍，即：, 1 , 2 , 3 , . n . n为正整数，称为正整数，称为量子数。为量子数。能量子能量子 超越牛顿的发现超越牛顿的发现能量能量量子量子经典经典能量量子化能量量子化 微观世界的某微观世界的某些规律，在我们些规律，在我们宏观世弄看来可宏观世弄看来可能非常奇怪。能非常奇怪。 能量量子化能量量子化能量量子化能量量子化 1900年年12月月14日，普朗克在柏林宣读了他关日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他年他42岁。普朗克把能量子引入物理学岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地正确地破除了破除了”能量连续变化能量连续变化”的传统观念的传统观念,成为现代成为现代物理学思想的基石之一物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之门为我们打开了量子之门, 就在就在1900年，一个名叫爱因斯坦年，一个名叫爱因斯坦(Albert Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业，正在为将来的生活发愁。毕业，正在为将来的生活发愁。5年后他受量年后他受量子化启发提出了光量子子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效成功的解释了光电效应应. 能量量子化能量量子化光电效应光电效应一、一、 光电效应现象光电效应现象当光线照射在金属表面时，金当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光光电效应。逸出的电子称为光电子。电子。二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律光电效应光电效应光电效应光电效应实验发现以下规律：实验发现以下规律：1 1、存在着饱和电流、存在着饱和电流实验表明：入射光越强，实验表明：入射光越强，饱和光电流越大；说饱和光电流越大；说明明单位时间内发射的光电子数越多。单位时间内发射的光电子数越多。光电效应光电效应把电源正负极反接把电源正负极反接可利用遏止电压计算可利用遏止电压计算光光电子最大初动能电子最大初动能2 2、存在着遏止电压和截止频率、存在着遏止电压和截止频率光照频率越高，遏止电压越高。说明光照频率越高，遏止电压越高。说明光电子的能量只光电子的能量只与入射光的频率有关。与入射光的频率有关。2c12ecm veU=光电效应光电效应入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。3 3、光电效应具有瞬时性、光电效应具有瞬时性当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流。在照到金属时立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间不超过精确测量表明产生电流的时间不超过10109 9秒，即光秒，即光电效应几乎是瞬时的。电效应几乎是瞬时的。光电效应光电效应按照光的电磁理论，应得出以下结论：按照光的电磁理论，应得出以下结论：光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压U UC C应与光的强弱有关应与光的强弱有关 ；不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率够能量从而逸出表面，不应存在截止频率 ；如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于间远远大于1010-9-9 S S。光电效应光电效应一、光子说一、光子说( (爱因斯坦于爱因斯坦于19051905年提出年提出) ) 在空间传播的光不是连续的而是一份在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。即量跟它的频率成正比。即:E:Eh h ，表示光的频率，表示光的频率，h h 是普朗克常量。是普朗克常量。 二、二、光子说光子说对对光电效应光电效应的解释的解释三、光电效应方程三、光电效应方程1 1、逸出功、逸出功W0：金属表面上的电子逸出时要克服金属原：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值。不同金属其逸出功不同。子核的引力所做功的最小值。不同金属其逸出功不同。2 2、光电效应方程：、光电效应方程：E Ek khhW W0 0光电子最大初动能光电子最大初动能 212kecEm v=EkhW0解释截止频率解释截止频率解释解释光电子的能量只与入射光的频率有关光电子的能量只与入射光的频率有关解释瞬时性解释瞬时性解释饱和光电流解释饱和光电流 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效 应的实验规律应的实验规律, ,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。 美国物理学家密立根，花了十年时间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效光电效应应”实验，结果在实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h 的的值与理论值完全一致，又一次证明了值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理论理论的正确。的正确。