第1章波粒二象性PPT讲稿.ppt
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1、第1章波粒二象性第1页,共52页,编辑于2022年,星期一q当当物物体体辐辐射射的的能能量量等等于于在在同同一一时时间间内内所所吸吸收收的的能能量量,物物体体和和辐辐射射场场达达到到热热平平衡衡,称称为为平平衡衡热热辐辐射射。这这时时物物体的温度固定。以下只讨论平衡热辐射。体的温度固定。以下只讨论平衡热辐射。q辐辐出出度度(总总辐辐射射本本领)领)M(T)一、黑体辐射一、黑体辐射q单单位位时时间间内内从从物物体体单单位位表表面面发发出出的的波波长长在在 附附近近单单位位波波长长间间隔隔内内的的电电磁磁波波的的能能量量称称为为单单色色辐辐出出度度(单单色辐射本领)色辐射本领)M SI单位单位 W
2、/m3第2页,共52页,编辑于2022年,星期一2.2.黑体辐射的基本规律黑体辐射的基本规律q黑体黑体:能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体:能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体一、黑体辐射一、黑体辐射q物物体体辐辐射射的的电电磁磁波波和和吸吸收收的的电电磁磁波波相相同同(实实验验结结果)果)q黑黑体体能能完完全全辐辐射射各各种种波波长长的的光光,M 最最大大且且只只与与温度有关而和材料及表面状态无关温度有关而和材料及表面状态无关q利利用用黑黑体体可可撇撇开开材材料料的的具具体体性性质质来来普普遍遍地地研研究究热辐射本身的规律热辐射本身的规律 第3页,共52页,编辑于2022年,星期一q维
3、恩设计的黑体维恩设计的黑体不不透透明明材材料料空空腔腔开开一一个个面面积积远远小小于于空空腔腔内内表表面面积积的的小小孔孔。小小孔孔能能完完全全吸吸收收各各种种波波长长的的入入射射电电磁波而磁波而成为黑体成为黑体。q斯特藩斯特藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律M(T)=M(T)=T T 4 4其其中中 =5.675.67 1010-8-8 W/mW/m2 2K K4 4,称称为为斯斯特特藩藩玻玻耳耳兹曼常量。兹曼常量。一、黑体辐射一、黑体辐射第4页,共52页,编辑于2022年,星期一q维思位移定律维思位移定律一、黑体辐射一、黑体辐射 m T=bb b=2.89775610=2.89775610-3-3
4、 m mK K如太阳如太阳kT6000=,白光,白光nm500max=l白炽灯白炽灯kT2000=色泽偏红色泽偏红nm1448max=l第5页,共52页,编辑于2022年,星期一3.3.经典物理的困难经典物理的困难q空空腔腔壁壁产产生生的的热热辐辐射射可可想想象象成成以以壁壁为为节节点点的的许许多多驻波驻波。一、黑体辐射一、黑体辐射由由经经典典理理论论导导出出的的 M(T)公公式式都都与与实实验结果不符合!验结果不符合!第6页,共52页,编辑于2022年,星期一4.4.普朗克的能量子假说和黑体辐射公式普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 一、黑体辐射一、黑体辐射q普朗克假定(普朗克假定(19001
5、900)对对频频率率为为 的的电电磁磁辐辐射射,物物体体只只能能以以 h h 为为能能量量单单位发射或吸收它。位发射或吸收它。h=h=6.626075510 6.626075510-34-34 J Js s 是是普朗克常数普朗克常数 经典经典 量子量子能能 量量第7页,共52页,编辑于2022年,星期一q普朗克公式普朗克公式一、黑体辐射一、黑体辐射第8页,共52页,编辑于2022年,星期一5.5.宇宙背景辐射宇宙背景辐射 A AA.A.Penzias Penzias 和和R RW WWilsonWilson(19641964)在在用用射射电电望望远远镜镜探探测测中中性性氢氢原原子子谱谱时时,发
6、发现现了了T T=3.1 3.1 K K 的的宇宇宙宙背背景景辐辐射射,这这是是宇宇宙宙大大爆爆炸炸后后留留下下的的充充满满整整个宇宙的电磁辐射。个宇宙的电磁辐射。一、黑体辐射一、黑体辐射第9页,共52页,编辑于2022年,星期一二、二、光电效应光电效应 1.1.实验装置和相关概念实验装置和相关概念 q金金属属及及其其化化合合物物在在电电磁磁辐辐射射下下发发射射电电子子的的现现象象称称为为光光电电效效应应,所所发发射射的的电电子子称为称为光电子。光电子。qK K阴极,阴极,A A阳极阳极第10页,共52页,编辑于2022年,星期一二、二、光电效应光电效应 2.2.实验规律实验规律(1)饱和光饱
7、和光电流电流强度强度 im 与入射光强与入射光强 I 成正比。成正比。第11页,共52页,编辑于2022年,星期一二、二、光电效应光电效应 (2)截止电压截止电压 Uc电子能从电子能从KA,说,说明电子具有动能;明电子具有动能;加反向电压,加反向电压,U=U=U Uc c 时,光电流时,光电流 i 才才为零为零,光电子具有光电子具有最大初动能最大初动能第12页,共52页,编辑于2022年,星期一二、二、光电效应光电效应 (2)截止电压截止电压 Uc随入射光频率线随入射光频率线性增加性增加,与光的强与光的强度无关。度无关。U Uc c=K=K -U-U0 04.0 6.08.0 10.0(101
8、4Hz)0.01.02.0Uc(V)CsNaCaK K 是与金属种类有是与金属种类有关的一个常量。关的一个常量。则则第13页,共52页,编辑于2022年,星期一二、二、光电效应光电效应 (3)只有当入射光频率只有当入射光频率 v大于一定的频率大于一定的频率v0时时,才才会产生光电效应。会产生光电效应。U Uc c=K=K -U-U0 0称为称为截止频率截止频率或或红限频率红限频率,相,相应的波长称为应的波长称为红限波长红限波长。第14页,共52页,编辑于2022年,星期一二、二、光电效应光电效应 (4)只要只要 0,无论光多微弱,从光照射,无论光多微弱,从光照射阴极到光电子逸出的响应时间都不超
9、过阴极到光电子逸出的响应时间都不超过10-9s。几种金属的红限频率几种金属的红限频率第15页,共52页,编辑于2022年,星期一二、二、光电效应光电效应 3.3.经典理论的困难经典理论的困难按照光的经典电磁理论:按照光的经典电磁理论:(1)光波的强度与频率无关,电子吸收的能量也与频光波的强度与频率无关,电子吸收的能量也与频率无关,更率无关,更不存在截止频率!不存在截止频率!(2)光波的能量分布在波面上,为克服光波的能量分布在波面上,为克服逸出功逸出功(work work functionfunction,电子逸出金属表面时克服阻力做的功,电子逸出金属表面时克服阻力做的功),),阴极电子阴极电子
10、吸收能量需要一定的时间积累吸收能量需要一定的时间积累,光电效应,光电效应不可能瞬时发生!不可能瞬时发生!(3)光电子初动能应该与入射光强度成正比。)光电子初动能应该与入射光强度成正比。第16页,共52页,编辑于2022年,星期一三、三、光的二象性光的二象性 光子光子 1.1.爱因斯坦光子理论爱因斯坦光子理论 q表表面面上上看看起起来来连连续续的的光光波波是是量量子子化化的的。单单色色光光由由大大量量不不连连续续的的光光子子组组成成。若若单单色色光光频频率率为为,那那么么每每个个光光子的能量为子的能量为 E Eh h 普朗克常数普朗克常数 h h=6.626075510=6.626075510-
11、34-34 J Js sq光子具有光子具有“整体性整体性”。一个光子只能。一个光子只能“整个地整个地”被电子吸收或放出。被电子吸收或放出。第17页,共52页,编辑于2022年,星期一三、三、光的二象性光的二象性 光子光子 2.2.爱因斯坦对光电效应的解释爱因斯坦对光电效应的解释 q按按照照爱爱因因斯斯坦坦光光子子理理论论:光光照照射射到到金金属属K K极极,实实际际上上是是单单个个光光子子能能量量为为 h h 的的光光子子束束入入射射到到K K极极,光光子子与与 K K 极极内内的的电电子子发发生生碰碰撞撞。当当电电子子一一次次性性地地吸吸收收了了一一个个光光子子后后,便便获获得得了了h h
12、的的能能量量而而立立刻刻从从金金属属表表面面逸逸出出,没没有有明明显显的的时时间间滞滞后后,这这也也正正是是光光的的“粒子性粒子性”表现。表现。(1 1)瞬时性)瞬时性第18页,共52页,编辑于2022年,星期一三、三、光的二象性光的二象性 光子光子 q光光照照射射到到金金属属表表面面,一一个个光光子子的的能能量量可可立立即即被被金金属属中中的的自自由由电电子子吸吸收收。但但只只有有当当入入射射光光的的频频率率足足够够高高,以以致致每每个个光光量量子子的的能能量量 h h 足足够够大大时时,电电子子才才有有可可能克服能克服逸出功逸出功 A A 逸出金属表面。逸出金属表面。称为称为 光电效应方程
13、光电效应方程 q逸出电子的最大初动能为逸出电子的最大初动能为第19页,共52页,编辑于2022年,星期一三、三、光的二象性光的二象性 光子光子 (2)存在截止频率)存在截止频率 0 0有有由此式可以测量普朗克常数。由此式可以测量普朗克常数。所以,当所以,当 A A/h h 时,电子的能量不足以克服时,电子的能量不足以克服逸出功而发生光电效应。逸出功而发生光电效应。红限频率红限频率q比较比较第20页,共52页,编辑于2022年,星期一三、三、光的二象性光的二象性 光子光子 金属金属钨钨钙钙钠钠钾钾铷铷铯铯 红限红限 0(014Hz)10.97.735.535.445.154.69逸出功逸出功A(
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