复习课件及试题物理下2015量子0112

1、University PhysicsXian Jiaotong UniversityZhongfeng Xu12 / 01 / 2015 三. 经典物理的解释及普朗克公式MB瑞利 金斯公式(1900年)经典电磁理论和能量均分定理维恩公式(1896年)(热力学和麦克斯韦分布率) 普朗克公式(1900年)（热力学方法）实验曲线普朗克常数： h = 6.62610-34 Js 为得到这一公式，普朗克提出了能量量子化假设。电磁波四.普朗克能量子假设 若谐振子频率为 v ，则其能量是hv , 2hv, 3hv , , nhv , 首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了经典物理学中能量连续的观念。普朗克

2、常数 h = 6.62610-34 Js 腔壁上的原子(谐振子)能量与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是 hv (能量子) 的整数倍.说明（绝望地、不惜任何代价地）打开了人们认识微观世界的大门,在物理学发展史上起了划时代的作用。伏安特性曲线一. 光电效应的实验规律饱和电流 iS 遏止电压 Ua iS :单位时间 阴极产生的光电子数 I（I, v)AKU16.2 光电效应 爱因斯坦光子假说iS3iS1iS2I1I2I3-UaUiI1I2I3Ua光电子最大初动能和 成线性关系遏止电压与频率关系曲线和v 成线性关系i(实验装置)0A截止频率 0即时发射:迟滞时间不超过 10-9 秒二. 经典物

3、理与实验规律的矛盾 电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与 光强 I 有关) 逸出，不应存在红限 0 。当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。 只有光的频率 0 时，电子才会逸出。 逸出光电子的多少取决于光强 I 。 光电子即时发射，滞后时间不超过 109 秒。总结 光电子最大初动能和光频率 成线性关系。 光电子最大初动能取决于光强，和光的频率 无关。三. 爱因斯坦光子假说 光电效应方程 光是光子流 ，每一光子能量为 h ，电子吸收一个光子A 为逸出功 单位时间到达单位垂直面积的光子数为N，则光强 I = Nh . I 越强 , 到阴极的光子越多, 则逸出的光电子越多

4、。 电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累。 光频率 A/h 时，电子吸收一个光子即可克服逸出功 A 逸出 ( o= A/h) 。结论 光电子最大初动能和光频率 成线性关系。 讨论：多光子吸收?一铜球用绝缘线悬挂于真空中，被波长为 =150 nm 的光照射。已知铜的逸出功为 4.5eV 。铜球失去电子后带正电，电势升高，使束缚电子的势垒也升高，设铜球表面的电势为U ，逸出电子的速度为v ，铜的逸出功为A，爱因斯坦光电效应方程为逸出电子的最大动能为零时，铜球电势达最高U max，有解例铜球因失去电子而能达到的最高电势。求图为某种金属的光电效应实验曲线。试根据图中所给数据求出普朗克常量和

5、该金属材料的逸出功。例解 由爱因斯坦光电效应方程该金属材料的逸出功为光子动量四. 光的波粒二象性光子能量光子质量粒子性波动性五. 光电效应的应用 光电管: 光电开关, 红外成像仪,光电传感器等光电倍增管: (微光)夜视仪测量波长在 2001200 nm 极微弱光的功率光电倍增管0 散射线中有两种波长 0 和 ，且 D = -0 随散射角 的增大而增大。探测器016. 3 康普顿效应一. 实验规律X 光管光阑散射物体(实验装置) 散射物体不同，0 和 的强度比不同。轻物质 的强度较大。l0二. 经典物理的解释经典理论只能说明波长不变的散射，而不能说明康普顿散射电子受迫振动同频率散射线发射 单色电

6、磁波受迫振动v0照射散射物体三. 光子理论解释1. 入射光子与原子外层电子弹性碰撞 外层电子受原子核束缚较弱动能光子能量 近似自由近似静止静止、自由的电子不足1MeV 近百MeV能量、动量守恒康普顿波长两边平方 两式相减 2. X 射线光子和原子内层电子相互作用内层电子被紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞。00原子光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。光子内层电子外层电子波长变大的散射线波长不变的散射线(1) 波长变化 结论(2) 强度变化 波长 0 轻物质（多数电子处于弱束缚状态 ）弱强重物质（多数电子处于强束缚状态 ）强弱吴有训实验结果入射波散射波0 = 0.02nm 的X射线与静止的自由电子碰撞, 若从与入