第六篇 量子物理
第六篇 量子物理
第六篇 量子物理 第21章光的量子理论 第22章玻尔的原子量子理论 第23章量子力学基础 第24章激光和半导体
第21章 光的量子理论 第22章 玻尔的原子量子理论 第23章 量子力学基础 第24章 激光和半导体 第六篇 量子物理
第六篇 量子物理 第21章 光的量子理论
第六篇 量子物理 第21章 光的量子理论
第21章 光的量子理论 Quantum Theory of Light 第1节普朗克能量子理论 第2节光电效应 第3节光子爱因斯坦光电方程 第4节康普顿效应 第5节光子的波粒二象性
第21章 光的量子理论 Quantum Theory of Light 第1节 普朗克能量子理论 第2节 光电效应 第3节 光子 爱因斯坦光电方程 第4节 康普顿效应 第5节 光子的波粒二象性
第1节 普朗克能量子理论 Quantum Theory of Planck 能量量子化的概念是德国物理学家普朗克为 解释黑体辐射现象提出的。 M(2,T) 1700☒ 右图为不同温度下， 黑体辐射能量与各种 500函 波长的关系图。 300☒
第1节 普朗克能量子理论 Quantum Theory of Planck 能量量子化的概念是德国物理学家普朗克为 解释黑体辐射现象提出的。 M ( ,T ) 0 1700K 1500K 1300K 右图为不同温度下， 黑体辐射能量与各种 波长的关系图。 1
经典理论的解释 Mo(A,T) 实测3 1.维恩(Wien) 瑞利-琼斯 根据经典热力学得出： 14,刀=条e学 维恩理论值 只适于短波 =1646K 2.瑞利-琼斯(Rayleigh-Jeans) 用能量均分定理、电 磁理论得出： 在黑体辐射研究中 M(L,T)=2πckT 经典物理失败！ 10 只适于长波 “紫外灾难”。 2
经典理论的解释 2. 瑞利-琼斯(Rayleigh-Jeans) 用能量均分定理、电 磁理论得出： M0 (,T ) T=1646K 0 4 2 ( , ) M T ckT = 只适于长波 1.维恩( Wien ) 根据经典热力学得出： 2 1 0 5 ( , ) c T c M T e − = ——“紫外灾难”。 ——只适于短波 在黑体辐射研究中 经典物理失败 ! 实测 瑞利-琼斯 维恩理论值 2
3.普朗克黑体辐射公式 M(T)=2πc2h 15 ehc/AkT1 其中k,c分别是玻尔兹曼常数和 光速，T是黑体的绝对温度。 在全波段与实验结果惊人符合！ 1918 普朗克的能量子假说 (1)物体辐射的能量是分立值（能量不是连续的） (2)存在着能量的最小单元：能量子 8=hvh=6.6260755×10-34Js 普朗克常数 物体辐射或吸收能量E： E=ng=nhy 1n=1,2,3.…
3.普朗克黑体辐射公式 在全波段与实验结果惊人符合! 普朗克的能量子假说 E=n = nh n=1,2,3…... 物体辐射或吸收能量E : (1) 物体辐射的能量是分立值（能量不是连续的） (2) 存在着能量的最小单元：能量子 其中k, c 分别是玻尔兹曼常数和 光速, T是黑体的绝对温度。 =h h=6.626075510-34 J·s ——普朗克常数 1918 2 5 2 1 ( ) 1 hc kT M T c h e = − 3
第2节 光电效应 Photoelectric Effect 一、实验简述 实验装置见右图 二、实验规律 ()对一定光强，光电流强度1 随电压U增加。 I光电流随U增加 (2)饱和光电流强度与入射 光强度成正比。 (3)=0时U=-U, U。:遏止电压
第2节 光电效应 Photoelectric Effect U 一、实验简述 G 实验装置见右图 二、实验规律 (2) 饱和光电流强度与入射 光强度成正比。 光电流随U增加 Ua 3 1 2 U I IS 0 (1) 对一定光强，光电流强度I 随电压U增加。 (3) I=0时 U= –Ua , Ua : 遏止电压。 4
(4)遏止电压的大小反映光电子初动能的大小， 光电子的最大初动能为： eUa=e(Kv-Uo) (⑤)光电子的初动能与入射光强度无关，而随入 射光的频率线性增加。只有当入射光频率大 于一定的频率（红限频率）时，1 才会产生光电效应。 Yo=L Is 2 K (6)光电效应具有瞬时性， 响应速度很快，延迟 时间不超过109s。 U 0 相同频率不同入射光强度 5
相同频率不同入射光强度 (5) 光电子的初动能与入射光强度无关，而随入 射光的频率线性增加。只有当入射光频率大 于一定的频率0（红限频率)时， 才会产生光电效应。 (4) 遏止电压的大小反映光电子初动能的大小, 光电子的最大初动能为： (6) 光电效应具有瞬时性， 响应速度很快, 延迟 时间不超过10-9 s。 eU e a = ( ) K U − 0 0 0 U K = Ua 3 1 2 U I IS 0 5
第3节 光子爱因斯坦光电方程 Photon Photoelectric Equation 一、光子 爱因斯坦在能量子假说的基础上 提出光子理论： 一束光，是一束以光速运动的粒子 流，这些粒子称为光量子（光子）。光的能 1921 量不是均匀地分布在波阵面上，而是集中在微粒上 每个频率为v的单个光子的能量为：&=v 二、光子假说对光电效应的解释 ()入射光强度越大，光子数越多，光子与电子相互 作用的数目越多，逸出的光电子数目多 饱和光电流与入射光强度成正比。 7
第3节 光子 爱因斯坦光电方程 Photon Photoelectric Equation 爱因斯坦在能量子假说的基础上 提出光子理论： 一束光, 是一束以光速 运动的粒子 流,这些粒子称为光量子(光子)。光的能 量不是均匀地分布在波阵面上, 而是集中在微粒上 每个频率为 的单个光子的能量为： =h 1921 一、光子 二、光子假说对光电效应的解释 (1)入射光强度越大, 光子数越多, 光子与电子相互 作用的数目越多,逸出的光电子数目多 ——饱和光电流与入射光强度成正比。 7