能量量子化光的粒子性

1、普朗克量子力学的诞生普朗克量子力学的诞生相对论问世相对论问世经典力学经典力学量子力学量子力学相对论相对论微观领域微观领域高速领域高速领域能量子能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值能量值的整数倍，即：的整数倍，即：, 1, 1, 2, 2, 3, 3, , . . n n. . 当带电微粒辐射或吸收能量时当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值这个不可再分的最小能量值叫做叫做能量子。能量子。能量能量量子量子经典经典n n是电磁波是电磁

2、波 的频率，的频率，h是一个常量，是一个常量，后人称之为普朗克常量后人称之为普朗克常量neh=秒焦=3410626. 6h表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 当光线照射在金属表面时，金属中当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为有电子逸出的现象，称为光电效应光电效应。逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流 光照不变，增大光照不变，增大UAK，G表中电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到达到某一值后不再增大，即达到饱和值。饱和值。因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，K发射的发射的电子数目一定。电子数目一定。实

3、验表明：实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。光电子数越多。A KAVA：使光电流减小到零的反向电压：使光电流减小到零的反向电压v加反向电压，如右图所示：加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运速度方向相反，光电子作减速运动。若动。若c221eUvmce=cv速率最大的是U=0时，时，I0， 因为电子有初速度因为电子有初速度则则I=0，式中，式中UC为为遏止电压遏止电压(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压EEUFKA

4、IIUaOU黄光（黄光（ 强）强）黄光（黄光（ 弱）弱）光电流与电压的关系光电流与电压的关系遏遏止止电电压压蓝光蓝光Ub(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率c221eUvmce=A KAVA实验表明实验表明: 改变时，改变时，(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率c221eUvmce=a.存在存在遏止电压遏止电压A KAVA经研究后发现：经研究后发现：b.存在存在截止频率截止频率 (2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率A KAVA实验结果：即使入射光的强度实验结果：即使入射光的强度非常微弱，非常微弱，电流电流表指针也几乎是随着入射光照表指针也几乎是随着入射

5、光照射就立即偏转。射就立即偏转。更精确的研究推知，光电子发更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过射所经过的时间不超过10109 9 秒秒（这个现象一般称作（这个现象一般称作“光电子光电子的瞬时发射的瞬时发射”）。）。光电效应在极短的时间内完成 (3)具有瞬时性具有瞬时性A KAVA： 光本身就是由一个个不可分光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为割的能量子组成的，频率为的光的能量子为的光的能量子为h。这些能。这些能量子后来被称为量子后来被称为光子光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说nhE =爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：了启

6、发，他提出：2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程：0WEhk=n0WhEk=n或光电子最大初动能光电子最大初动能 金属的逸出功金属的逸出功 W0221cekvmE =一个电子吸收一个光子的能量一个电子吸收一个光子的能量h后，一部分能后，一部分能量用来克服金属的逸出功量用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸，剩下的表现为逸出后电子的初动能出后电子的初动能Ek，即：，即：3.3.光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释爱因斯坦方程表明，光电子的初动能爱因斯坦方程表明，光电子的初动能E Ek k与与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当有当hh

7、 时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出， 就是就是光电效应的截止频率。光电效应的截止频率。hWc0=n电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。0WhEk=n光电子最大初动能光电子最大初动能 金属的逸出功金属的逸出功 W0221cekvmE =由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电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

8、验规律效应的实验规律, ,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。波动理论。 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。爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效光

9、电效应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论物理学物理学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光电效应光电效应，特别是通过著名，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最的油滴实验，证明电荷有最小单位。小单位。获得获得19231923年诺贝年诺贝尔物理学奖尔物理学奖。 1.光的散射光的散射光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方因而传播方向发生改变向发生改变,这种现象叫做这种现象叫做2.2.康普顿效应康普顿效应 1918-19221918-1922年，美国物理学家康普顿在研究年，美国物理学家康普顿在研究石墨对石墨对X X射线的散射时，发现在散射的射线的散射时，发现在散射的X X射线中，射线