光子能量為h課件

第五冊第一章量子物理基礎(chǔ)1第五冊量子物理基礎(chǔ)1近代物理（20世紀(jì)）

相對論

1905狹義相對論1916廣義相對論—引力、天體

量子力學(xué)

A舊量子論的形成（沖破經(jīng)典—量子假說）

1900Planck振子能量量子化

1905Einstein電磁輻射能量量子化

2近代物理（20世紀(jì)）2

1913N.Bohr原子能量量子化B、量子力學(xué)的建立（嶄新概念）

1923deBroglie電子具有波動性

1926-27Davisson,G.P.Thomson電子衍射實驗

1925Heisenberg矩陣力學(xué)

1926Schroedinger波動方程

1928Dirac相對論波動方程31913N.Bohr原子能量量子化3注意：1)自覺擺脫經(jīng)典的束縛注重實驗事實2)處理好形象與抽象的關(guān)系新理論是在原有的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的所以在極限情況下可以回到原有的理論但量子范圍內(nèi)的很多概念找不到經(jīng)典的對應(yīng)是一個全新的領(lǐng)域人們認(rèn)識自然的過程決定的4注意：4第一章§1-1黑體輻射5第一章§1-1黑體輻射5并且其輻射能量的大小及輻射能量按波長的分布與溫度有關(guān)。一、熱輻射1.熱輻射現(xiàn)象物體既會向外輻射能量，也會吸收外界的輻射能量。當(dāng)物體的溫度不隨時間改變稱為熱平衡。輻射和吸收的能量恰相等時稱為平衡熱輻射各種物體在任何溫度下都要向外輻射各種波長的電磁波，這種由于物質(zhì)中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。6并且其輻射能量的大小及輻射能量按波長的分布與溫度有關(guān)。一、熱（1）單色輻出度2.基爾霍夫定律1.幾個概念如果從物體單位表面上發(fā)射的、波長在到＋d之間的輻射功率為,則與d之比稱為單色輻出度。是溫度Ｔ和波長的函數(shù)，常寫成。它描述了物體熱輻射的能量按不同波長分布的情況。7（1）單色輻出度2.基爾霍夫定律1.幾個概念如果從物體單位表或按頻率定義單位時間內(nèi)從物體單位表面向前方半球發(fā)出的頻率在

附近單位頻率間隔內(nèi)的電磁波的能量（單位時間內(nèi)）

T單位面積8或按頻率定義（單位時間內(nèi)）T單位面積8

從物體單位表面積上發(fā)射的各種波長輻射的總功率。描寫物體在溫度T時向外輻射能量本領(lǐng)的物理量。輻出度僅是溫度的函數(shù)。（２）總輻出度M(T)（３）吸收比當(dāng)物體表面受到輻射時，被物體吸收的能量與入射能量之比稱為吸收比。

波長在從到＋d間隔范圍內(nèi)的吸收比稱為單色吸收比。用表示。9從物體單位表面積上發(fā)射的各種波長輻射的總功率。在熱平衡下，任何物體的單色輻出度與單色吸收比的比值與物體的性質(zhì)無關(guān)，對于所有物體，這個比值是波長和溫度的普適函數(shù)。２.基爾霍夫定律1859年基爾霍夫證明：平衡態(tài)時黑體輻射只依賴于物體的溫度與構(gòu)成黑體的材料形狀無關(guān)基爾霍夫定律10在熱平衡下，任何物體的單色輻出度與單色吸收比的比值與物體的性３.黑體輻射1.絕對黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體。根據(jù)基爾霍夫定律，黑體既是完全的吸收體，也是理想的發(fā)射體。對于任意溫度或波長，絕對黑體的吸收比都恒為1。

可把一個開小孔的不透光空腔看成黑體。11３.黑體輻射1.絕對黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長

由空腔輻射體的單色輻出度與波長的能譜曲線可知：1）每一條曲線都有一個極大值,對應(yīng)的波長為λm。2）隨著溫度的升高，黑體的總輻出度迅速增大，并且曲線的極大值點逐漸向短波方向移動。維恩根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)得出一個經(jīng)驗公式：維恩公式維恩公式在短波部分與實驗結(jié)果吻合得很好，但長波卻不行。12由空腔輻射體的單色輻出度與波長的能譜曲線可知：1）每一條曲瑞利和瓊斯用能量均分定理和電磁理論得出瑞利—瓊斯公式：瑞利-瓊斯維恩理論值

瑞利—瓊斯公式在長波部分與實驗結(jié)果比較吻合。但在紫外區(qū)竟算得單色輻出度為無窮大—所謂的“紫外災(zāi)難”。

利用經(jīng)典理論無法解釋黑體輻射現(xiàn)象。正如1900年開耳文指出的晴朗的物理學(xué)理論大廈上空，飛來“兩朵烏云”之一，它動搖了經(jīng)典物理的基礎(chǔ)。實驗T=1646k13瑞利和瓊斯用能量均分定理和電磁理論得出瑞利—瓊斯公式：

1900年德國物理學(xué)家普朗克在維恩位移定律和瑞利--金斯公式之間用內(nèi)插法建立一個普遍公式：式中：k為玻爾茲曼常數(shù)，h稱為普朗克常數(shù)。普朗克公式這個公式與實驗結(jié)果完全符合。寫成波長形式：實驗維恩理論值T=1646k瑞利-瓊斯普朗克理論值141900年德國物理學(xué)家普朗克在維恩位移定律和瑞①.金屬空腔壁中電子的振動可視為一維諧振子。這些振子可以吸收或輻射能量。②.空腔壁上帶電諧振子所吸收或發(fā)射的能量只能是h的整數(shù)倍。普朗克常數(shù)h=6.626×10－34JS*振子只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量*存在著能量的最基本單元（能量子=h);為了能夠從理論上推導(dǎo)出這個公式，普朗克提出了一個與經(jīng)典物理學(xué)概念截然不同的“能量子”假設(shè)：二、普朗克的能量子假設(shè)15①.金屬空腔壁中電子的振動可視為一維諧振子。這些振子可以吸收普朗克由于提出能量子假設(shè)，為此獲1918年諾貝爾物理學(xué)獎。根據(jù)普朗克能量子假設(shè)，可以從理論上推導(dǎo)出普朗克公式。例1：一質(zhì)點彈簧系統(tǒng)，質(zhì)量為1kg，振幅A=1cm,設(shè)彈簧彈性系數(shù)k=20kg/m，。求：若系統(tǒng)的能量量子化量子數(shù)是多少？量子數(shù)改變一個單位能量變化的百分比是多少？。解：振動頻率為由得16普朗克由于提出能量子假設(shè)，為此獲1918年諾貝1.斯特藩-玻耳茲曼公式三、黑體輻射的兩個定律斯特藩發(fā)現(xiàn)黑體輻出度M(T)與絕對溫度的四次方成正比。斯特藩玻耳茲曼常量：σ=5.67×10－8Wm－2K－4輻射出的總能量將隨溫度升高而迅速增大。2.維恩位移公式維恩發(fā)現(xiàn)黑體單色輻出度最大值相對應(yīng)的波長與溫度的關(guān)系。171.斯特藩-玻耳茲曼公式三、黑體輻射的兩個定律斯特藩發(fā)現(xiàn)黑體維恩位移公式指出：隨著溫度的升高，單色輻出度的峰值向短波方向移動。例：（1）溫度為室溫（20°C）的黑體，其單色輻出度的峰值所對應(yīng)的波長是多少？（2）輻出度是多少？解：（1）由維恩位移定律（2）由斯特藩-玻耳茲曼定律18維恩位移公式指出：隨著溫度的升高，單色輻出度的峰1.測量黑體溫度在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度。2.光學(xué)高溫計----光測高溫高溫爐燈絲目鏡聚焦透鏡四、黑體輻射的應(yīng)用15191.測量黑體溫度在實驗室或工廠的高溫爐子上開一1886-1887年赫茲在做電磁波實驗時發(fā)現(xiàn)用紫光照射電極時比較容易發(fā)射電磁波，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。201886-1887年赫茲在做電磁波實驗時發(fā)現(xiàn)用紫光照射電極時1887年赫茲在做電磁波實驗時發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。1.什么是光電效應(yīng)當(dāng)光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。如小鋅球在紫外線照射下會失去負(fù)電荷帶上正電。由于金屬表面的電子吸收外界的光線后，克服金屬的束縛而逸出金屬表面的現(xiàn)象。一、光電效應(yīng)由于半導(dǎo)體表面的電子吸收外界的光子，使其導(dǎo)電性能增強的現(xiàn)象。外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)211887年赫茲在做電磁波實驗時發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。1.什么是光電光線經(jīng)石英窗照在陰極上時有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。當(dāng)A加正向電壓，電流增加，到一定值時達(dá)到飽和。光線越強，飽和光電流越大。p9調(diào)節(jié)電阻，使電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。當(dāng)K、A間加反向電壓達(dá)到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱反向截止電壓。2.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律1.光電效應(yīng)實驗陽極陰極22光線經(jīng)石英窗照在陰極上時有電子逸出----光電子。光電子在電2323二.光電效應(yīng)實驗規(guī)律與經(jīng)典理論矛盾之處經(jīng)典認(rèn)為光強越大，電磁場的幅度越大，光電子的初動能也該大。但實驗上光電子初動能只與頻率有關(guān)。2、存在截止頻率0----紅限：對于各種金屬材料，都相應(yīng)有一確定的截止頻率0

。

只要頻率高于紅限，既使光強很弱也有光電流；頻率低于紅限時，無論光線再強也沒有光電流。而經(jīng)典理論認(rèn)為有光線照射，電子就會吸收能量，時間足夠長，就可以產(chǎn)生光電流。有無光電效應(yīng)和光的照射時間有關(guān)，不應(yīng)與頻率有關(guān)。1、反向截止電壓Uc與光強無關(guān)，和入射光的頻率成正比。p1024二.光電效應(yīng)實驗規(guī)律與經(jīng)典理論矛盾之處經(jīng)典認(rèn)為光強越大，電3、光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電逸出所需時間<10-9s。經(jīng)典理論認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。瞬時光電子發(fā)射違背經(jīng)典理論的規(guī)律。3.愛因斯坦的光量子假設(shè)為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論。1.光量子假設(shè)光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。頻率為的光是由大量能量為=h光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運動。253、光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電逸出所需時間<10-在光電效應(yīng)實驗中：電子吸收了光子的能量，一部分提供給電子逸出金屬表面的功A，另一部分變?yōu)楣怆娮拥膭幽蹺k0。由能量守恒可得出：初動能及反向截止電壓與成正比，而與光強無關(guān)。(1)由得2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程3.光電效應(yīng)的解釋式中：A為電子逸出金屬表面所需作的功，稱為逸出功；為光電子的最大初動能。26在光電效應(yīng)實驗中：電子吸收了光子的能量，一部分提供給電子逸(2)截止頻率0（紅限）的解釋:當(dāng)入射光頻率>0時，電子才能逸出金屬表面，產(chǎn)生光電效應(yīng)。不同金屬具有不同的截止頻率。（3）光電流正比于光強的解釋光強正比于單位時間流過單位面積的光子數(shù)。光強越大，光子數(shù)越多。金屬內(nèi)電子吸收一個光子可以釋放一個光電子。光強越大，光電子越多，光電流越大。但是光子的能量小于逸出功時無光電流。入射光頻率低于0時，光子能量小于(h<A)

逸出功，無光電子產(chǎn)生。27(2)截止頻率0（紅限）的解釋:當(dāng)入射光頻率>0（4）光電效應(yīng)瞬時性的解釋電子吸收光子時間很短，只要光子頻率大于截止頻率，電子就能立即逸出金屬表面，無需積累能量的時間，與光強無關(guān)。例1：鉑的逸出功為6.3eV，求鉑的截止頻率0。解：λ=196nm28（4）光電效應(yīng)瞬時性的解釋電子吸收光子時間很短例2：鉀的截止頻率0

=4.621014Hz，以波長=435.8nm的光照射，求鉀放出光電子的初速度。解：美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。4.光電效應(yīng)理論的驗證29例2：鉀的截止頻率0=4.621014Hz，以波長=由相對論光子的質(zhì)能關(guān)系光子的質(zhì)量5.光子的質(zhì)量、能量和動量由相對論質(zhì)速關(guān)系有所以，光子的靜止質(zhì)量為零。光子的能量就是動能。由狹義相對論能量和動量的關(guān)系式光子的能量和動量的關(guān)系式為：光子的動量：30由相對論光子的質(zhì)能關(guān)系光子的質(zhì)量5.光子的質(zhì)量、能量和動量由例：求波長為20nm紫外線光子的能量、動量及質(zhì)量。解：能量動量質(zhì)量31例：求波長為20nm紫外線光子的能量、動量及質(zhì)量。解：能二、康普頓效應(yīng)1.光的散射光束通過某些介質(zhì)時，可以看到光的散射現(xiàn)象。2.康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長0和散射物質(zhì)都無關(guān)。32二、康普頓效應(yīng)1.光的散射光束通過某些介質(zhì)時，可以看到光的散實驗發(fā)現(xiàn)散射的光子能量減少，頻率下降，波長增加。2.波長變化與關(guān)系見p18圖33實驗發(fā)現(xiàn)散射的光子能量減少，頻率下降，波長增加。2.波長變化波長的改變量滿足如下關(guān)系：這種波長改變的散射稱為康普頓效應(yīng)。式中：Λ=2.4×10－12m稱為康普頓波長，它表示散射角為90o時，散射波長改變的值。經(jīng)典理論無法解釋康普頓效應(yīng)。經(jīng)典理論認(rèn)為：物質(zhì)中的電子會隨入射光以相同的頻率振動，并向外輻射，即散射光的頻率與入射光頻率相等。而無法解釋有Δλ存在的實驗規(guī)律。34波長的改變量滿足如下關(guān)系：這種波長改變的散射稱為康普頓效應(yīng)。

X射線是由一些能量為=h的光子組成，并且這些光子與自由電子發(fā)生完全彈性碰撞，X-ray3.康普頓效應(yīng)的光量子理論解釋在輕原子中，原子核對電子的束縛較弱，可以把電子看作是靜止的自由電子。碰撞前：光子能量為ho，動量為h/λ0；電子的能量為moc2，動量為零。碰撞后：光子散射角為，光子能量為h，動量為h/λ；電子飛出的方向與入射光子的夾角為，它的能量為，動量為。35X射線是由一些能量為=h的光子組成，并且反沖電子碰撞過程能量守恒動量守恒①②③36反沖電子碰撞過程能量守恒動量守恒①②③36聯(lián)立以上三式，消去φ可以解得：其中為康普頓波長散射波長改變量：可見，康普頓效應(yīng)中，發(fā)生波長改變的原因是：當(dāng)一個光子與散射物質(zhì)中的一個自由電子碰撞后，電子獲得一部分能量，散射的光子能量減小，頻率減小，波長變長。37聯(lián)立以上三式，消去φ可以解得：其中為康普頓波長散射波長改①.散射波長改變量的數(shù)量級為10-12m，對于可見光波長~10-7m，<<，所以觀察不到康普頓效應(yīng)。②.當(dāng)

=0

時，光子頻率保持不變；=

時，光子頻率減小最多?？灯疹D散射進(jìn)一步證實了光子理論的正確性，還證明了在微觀領(lǐng)域中也是嚴(yán)格遵守能量、動量守恒定律。注意：38①.散射波長改變量的數(shù)量級為10-12m，對于可見三、光的波粒二象性光具有波動性，又有粒子性，即波粒二象性。光在傳播過程中表現(xiàn)出波動性，如干涉、衍射、偏振現(xiàn)象。光在與物質(zhì)發(fā)生作用時表現(xiàn)出粒子性，如光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)。光子能量和動量為上兩式左邊是描寫粒子性的E、P；右邊是描寫波動性的、。h將光的粒子性與波動性聯(lián)系起來。

關(guān)于光的本性問題，我們不應(yīng)該在微粒說和波動說之間進(jìn)行取舍，而應(yīng)該把它們看作是光的本性的兩種不同側(cè)面的描述。39三、光的波粒二象性光具有波動性，又有粒子性，即波粒二象性。第五冊第一章量子物理基礎(chǔ)40第五冊量子物理基礎(chǔ)1近代物理（20世紀(jì)）

相對論

1905狹義相對論1916廣義相對論—引力、天體

量子力學(xué)

A舊量子論的形成（沖破經(jīng)典—量子假說）

1900Planck振子能量量子化

1905Einstein電磁輻射能量量子化

41近代物理（20世紀(jì)）2

1913N.Bohr原子能量量子化B、量子力學(xué)的建立（嶄新概念）

1923deBroglie電子具有波動性

1926-27Davisson,G.P.Thomson電子衍射實驗

1925Heisenberg矩陣力學(xué)

1926Schroedinger波動方程

1928Dirac相對論波動方程421913N.Bohr原子能量量子化3注意：1)自覺擺脫經(jīng)典的束縛注重實驗事實2)處理好形象與抽象的關(guān)系新理論是在原有的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的所以在極限情況下可以回到原有的理論但量子范圍內(nèi)的很多概念找不到經(jīng)典的對應(yīng)是一個全新的領(lǐng)域人們認(rèn)識自然的過程決定的43注意：4第一章§1-1黑體輻射44第一章§1-1黑體輻射5并且其輻射能量的大小及輻射能量按波長的分布與溫度有關(guān)。一、熱輻射1.熱輻射現(xiàn)象物體既會向外輻射能量，也會吸收外界的輻射能量。當(dāng)物體的溫度不隨時間改變稱為熱平衡。輻射和吸收的能量恰相等時稱為平衡熱輻射各種物體在任何溫度下都要向外輻射各種波長的電磁波，這種由于物質(zhì)中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。45并且其輻射能量的大小及輻射能量按波長的分布與溫度有關(guān)。一、熱（1）單色輻出度2.基爾霍夫定律1.幾個概念如果從物體單位表面上發(fā)射的、波長在到＋d之間的輻射功率為,則與d之比稱為單色輻出度。是溫度Ｔ和波長的函數(shù)，常寫成。它描述了物體熱輻射的能量按不同波長分布的情況。46（1）單色輻出度2.基爾霍夫定律1.幾個概念如果從物體單位表或按頻率定義單位時間內(nèi)從物體單位表面向前方半球發(fā)出的頻率在

附近單位頻率間隔內(nèi)的電磁波的能量（單位時間內(nèi)）

T單位面積47或按頻率定義（單位時間內(nèi)）T單位面積8

從物體單位表面積上發(fā)射的各種波長輻射的總功率。描寫物體在溫度T時向外輻射能量本領(lǐng)的物理量。輻出度僅是溫度的函數(shù)。（２）總輻出度M(T)（３）吸收比當(dāng)物體表面受到輻射時，被物體吸收的能量與入射能量之比稱為吸收比。

波長在從到＋d間隔范圍內(nèi)的吸收比稱為單色吸收比。用表示。48從物體單位表面積上發(fā)射的各種波長輻射的總功率。在熱平衡下，任何物體的單色輻出度與單色吸收比的比值與物體的性質(zhì)無關(guān)，對于所有物體，這個比值是波長和溫度的普適函數(shù)。２.基爾霍夫定律1859年基爾霍夫證明：平衡態(tài)時黑體輻射只依賴于物體的溫度與構(gòu)成黑體的材料形狀無關(guān)基爾霍夫定律49在熱平衡下，任何物體的單色輻出度與單色吸收比的比值與物體的性３.黑體輻射1.絕對黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體。根據(jù)基爾霍夫定律，黑體既是完全的吸收體，也是理想的發(fā)射體。對于任意溫度或波長，絕對黑體的吸收比都恒為1。

可把一個開小孔的不透光空腔看成黑體。50３.黑體輻射1.絕對黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長

由空腔輻射體的單色輻出度與波長的能譜曲線可知：1）每一條曲線都有一個極大值,對應(yīng)的波長為λm。2）隨著溫度的升高，黑體的總輻出度迅速增大，并且曲線的極大值點逐漸向短波方向移動。維恩根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)得出一個經(jīng)驗公式：維恩公式維恩公式在短波部分與實驗結(jié)果吻合得很好，但長波卻不行。51由空腔輻射體的單色輻出度與波長的能譜曲線可知：1）每一條曲瑞利和瓊斯用能量均分定理和電磁理論得出瑞利—瓊斯公式：瑞利-瓊斯維恩理論值

瑞利—瓊斯公式在長波部分與實驗結(jié)果比較吻合。但在紫外區(qū)竟算得單色輻出度為無窮大—所謂的“紫外災(zāi)難”。

利用經(jīng)典理論無法解釋黑體輻射現(xiàn)象。正如1900年開耳文指出的晴朗的物理學(xué)理論大廈上空，飛來“兩朵烏云”之一，它動搖了經(jīng)典物理的基礎(chǔ)。實驗T=1646k52瑞利和瓊斯用能量均分定理和電磁理論得出瑞利—瓊斯公式：

1900年德國物理學(xué)家普朗克在維恩位移定律和瑞利--金斯公式之間用內(nèi)插法建立一個普遍公式：式中：k為玻爾茲曼常數(shù)，h稱為普朗克常數(shù)。普朗克公式這個公式與實驗結(jié)果完全符合。寫成波長形式：實驗維恩理論值T=1646k瑞利-瓊斯普朗克理論值531900年德國物理學(xué)家普朗克在維恩位移定律和瑞①.金屬空腔壁中電子的振動可視為一維諧振子。這些振子可以吸收或輻射能量。②.空腔壁上帶電諧振子所吸收或發(fā)射的能量只能是h的整數(shù)倍。普朗克常數(shù)h=6.626×10－34JS*振子只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量*存在著能量的最基本單元（能量子=h);為了能夠從理論上推導(dǎo)出這個公式，普朗克提出了一個與經(jīng)典物理學(xué)概念截然不同的“能量子”假設(shè)：二、普朗克的能量子假設(shè)54①.金屬空腔壁中電子的振動可視為一維諧振子。這些振子可以吸收普朗克由于提出能量子假設(shè)，為此獲1918年諾貝爾物理學(xué)獎。根據(jù)普朗克能量子假設(shè)，可以從理論上推導(dǎo)出普朗克公式。例1：一質(zhì)點彈簧系統(tǒng)，質(zhì)量為1kg，振幅A=1cm,設(shè)彈簧彈性系數(shù)k=20kg/m，。求：若系統(tǒng)的能量量子化量子數(shù)是多少？量子數(shù)改變一個單位能量變化的百分比是多少？。解：振動頻率為由得55普朗克由于提出能量子假設(shè)，為此獲1918年諾貝1.斯特藩-玻耳茲曼公式三、黑體輻射的兩個定律斯特藩發(fā)現(xiàn)黑體輻出度M(T)與絕對溫度的四次方成正比。斯特藩玻耳茲曼常量：σ=5.67×10－8Wm－2K－4輻射出的總能量將隨溫度升高而迅速增大。2.維恩位移公式維恩發(fā)現(xiàn)黑體單色輻出度最大值相對應(yīng)的波長與溫度的關(guān)系。561.斯特藩-玻耳茲曼公式三、黑體輻射的兩個定律斯特藩發(fā)現(xiàn)黑體維恩位移公式指出：隨著溫度的升高，單色輻出度的峰值向短波方向移動。例：（1）溫度為室溫（20°C）的黑體，其單色輻出度的峰值所對應(yīng)的波長是多少？（2）輻出度是多少？解：（1）由維恩位移定律（2）由斯特藩-玻耳茲曼定律57維恩位移公式指出：隨著溫度的升高，單色輻出度的峰1.測量黑體溫度在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度。2.光學(xué)高溫計----光測高溫高溫爐燈絲目鏡聚焦透鏡四、黑體輻射的應(yīng)用15581.測量黑體溫度在實驗室或工廠的高溫爐子上開一1886-1887年赫茲在做電磁波實驗時發(fā)現(xiàn)用紫光照射電極時比較容易發(fā)射電磁波，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。591886-1887年赫茲在做電磁波實驗時發(fā)現(xiàn)用紫光照射電極時1887年赫茲在做電磁波實驗時發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。1.什么是光電效應(yīng)當(dāng)光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。如小鋅球在紫外線照射下會失去負(fù)電荷帶上正電。由于金屬表面的電子吸收外界的光線后，克服金屬的束縛而逸出金屬表面的現(xiàn)象。一、光電效應(yīng)由于半導(dǎo)體表面的電子吸收外界的光子，使其導(dǎo)電性能增強的現(xiàn)象。外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)601887年赫茲在做電磁波實驗時發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。1.什么是光電光線經(jīng)石英窗照在陰極上時有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。當(dāng)A加正向電壓，電流增加，到一定值時達(dá)到飽和。光線越強，飽和光電流越大。p9調(diào)節(jié)電阻，使電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。當(dāng)K、A間加反向電壓達(dá)到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱反向截止電壓。2.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律1.光電效應(yīng)實驗陽極陰極61光線經(jīng)石英窗照在陰極上時有電子逸出----光電子。光電子在電6223二.光電效應(yīng)實驗規(guī)律與經(jīng)典理論矛盾之處經(jīng)典認(rèn)為光強越大，電磁場的幅度越大，光電子的初動能也該大。但實驗上光電子初動能只與頻率有關(guān)。2、存在截止頻率0----紅限：對于各種金屬材料，都相應(yīng)有一確定的截止頻率0

。

只要頻率高于紅限，既使光強很弱也有光電流；頻率低于紅限時，無論光線再強也沒有光電流。而經(jīng)典理論認(rèn)為有光線照射，電子就會吸收能量，時間足夠長，就可以產(chǎn)生光電流。有無光電效應(yīng)和光的照射時間有關(guān)，不應(yīng)與頻率有關(guān)。1、反向截止電壓Uc與光強無關(guān)，和入射光的頻率成正比。p1063二.光電效應(yīng)實驗規(guī)律與經(jīng)典理論矛盾之處經(jīng)典認(rèn)為光強越大，電3、光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電逸出所需時間<10-9s。經(jīng)典理論認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。瞬時光電子發(fā)射違背經(jīng)典理論的規(guī)律。3.愛因斯坦的光量子假設(shè)為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論。1.光量子假設(shè)光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。頻率為的光是由大量能量為=h光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運動。643、光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電逸出所需時間<10-在光電效應(yīng)實驗中：電子吸收了光子的能量，一部分提供給電子逸出金屬表面的功A，另一部分變?yōu)楣怆娮拥膭幽蹺k0。由能量守恒可得出：初動能及反向截止電壓與成正比，而與光強無關(guān)。(1)由得2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程3.光電效應(yīng)的解釋式中：A為電子逸出金屬表面所需作的功，稱為逸出功；為光電子的最大初動能。65在光電效應(yīng)實驗中：電子吸收了光子的能量，一部分提供給電子逸(2)截止頻率0（紅限）的解釋:當(dāng)入射光頻率>0時，電子才能逸出金屬表面，產(chǎn)生光電效應(yīng)。不同金屬具有不同的截止頻率。（3）光電流正比于光強的解釋光強正比于單位時間流過單位面積的光子數(shù)。光強越大，光子數(shù)越多。金屬內(nèi)電子吸收一個光子可以釋放一個光電子。光強越大，光電子越多，光電流越大。但是光子的能量小于逸出功時無光電流。入射光頻率低于0時，光子能量小于(h<A)

逸出功，無光電子產(chǎn)生。66(2)截止頻率0（紅限）的解釋:當(dāng)入射光頻率>0（4）光電效應(yīng)瞬時性的解釋電子吸收光子時間很短，只要光子頻率大于截止頻率，電子就能立即逸出金屬表面，無需積累能量的時間，與光強無關(guān)。例1：鉑的逸出功為6.3eV，求鉑的截止頻率0。解：λ=196nm67（4）光電效應(yīng)瞬時性的解釋電子吸收光子時間很短例2：鉀的截止頻率0

=4.621014Hz，以波長=435.8nm的光照射，求鉀放出光電子的初速度。解：美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。4.光電效應(yīng)理論的驗證68例2：鉀的截止頻率0=4.621014Hz，以波長=由相對論光子的質(zhì)能關(guān)系光子的質(zhì)量5.光子的質(zhì)量、能量和動量由相對論質(zhì)速關(guān)系有所以，光子的靜止質(zhì)量為零。光子的能量就是動能。由狹義相對論能量和動量的關(guān)系式光子的能量和動量的關(guān)系式為：光子的動量：69由相對論光子的質(zhì)能關(guān)系光子的質(zhì)量5.光子的質(zhì)量、能量和動量由例：求波長為20nm紫外線光子的能量、動量及質(zhì)量。解：能量動量質(zhì)量70例：求波長為20nm紫外線光子的能量、動量及質(zhì)量。解：能二、康普頓效應(yīng)1.光的散射光束通過某些介質(zhì)時，可以看到光的散射現(xiàn)象。2.康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除