文档介绍：光的量子性光的量子性讲解人:余亮英 选自《物理光学》第七章机械工业出版社 1980 版梁铨廷主编内容回顾内容回顾从物体成像规律的研究中,总结出光的直线传播规律,并以此建立了几何光学; 19世纪后期,麦克斯韦电磁理论的建立和赫兹用实验证实了电磁波的存在,使人们认识到光是一种电磁波,光沿直线传播只是波动效应的一种近似,由此建立了光的电磁理论; 19世纪末到 20世纪初,光学又深入到对发光原理、光与物质相互作用的研究,发现了光在这一领域明显表现出粒子性,从而最终使人们认识到光不但具有波动性,还具有粒子性,即光具有波粒二象性。物理光学用弧光灯照射擦得很亮的锌板, (注意用导线与不带电的验电器相连), 使验电器张角增大到约为30度时,再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板,则验电器的指针张角会变大。表明锌板在射线照射下失去电子而带正电物理光学光电效应实验光电效应实验物理光学光电效应:光照射到金属上,使电子从金属表面逸出的现象,称为光电效应,逸出的电子称为光电子,形成的电流称为光电流。光电效应规律光电效应规律光电效应光电效应 1、入射光有一个确定的截止频率,当入射光的频率低于此截止频率时,不论入射光多强,照射时间多长,都不能从金属中释放电子; 2、对于高于截止频率的入射光,释放的电子的最大动能与入射光强无关,与光频率有关,频率越高,电子最大动能越大; 3、对于高于截止频率的入射光,即使光很弱,开始照射后就能立即释放电子,滞后时间不超过 3ns 。(瞬时性) 4、当入射光的频率大于极限频率时,光电流的强度与入射光的强度成正比。物理光学光电效应光电效应物理光学为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律? 回想一下光的波动理论是怎样描述光的能量的呢? 1、能量是连续的. 2、振幅(光强)越大,光能越大,光的能量与频率无关. 光电效应光电效应物理光学波动说解释波动说解释??金属中电子吸收光能逸出金属中电子吸收光能逸出, , 其初动能决定于光振动振幅其初动能决定于光振动振幅, , 即由光强决定即由光强决定实验结果实验结果初动能与入射光频率初动能与入射光频率相关,而与入射光强相关,而与入射光强无关无关??光强能量足够,光电效应光强能量足够,光电效应对各种频率的光都会发生对各种频率的光都会发生存在截止频率存在截止频率( (红限红限) ) ?电子吸收光波能量只有到一定量值时,才会从金属中逸出光电子是即时发射的光电子是即时发射的光的经典电磁理论无法解释前 3个现象!!! 光量子学说光量子学说 1900 年,德国物理学家普朗克在研究电磁辐射的能量分布时发现, 只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份的进行的,每一份的能量等于 hv ,理论计算的结果才能跟实验事实完全符合。这里的 v是光的频率, h是一个普适恒量,叫做普朗克恒量。爱因斯坦于 1905 年提出,在空间传播的光也不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量跟它的频率成正比。提出爱因斯坦光子模型爱因斯坦于 1905 年提出,在空间传播的光也不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量跟它的频率成正比。提出爱因斯坦光子模型启发物理光学爱因斯坦光子模型爱因斯坦光子模型 1、光可看成是由光子组成的粒子流 1、光可看成是由光子组成的粒子流光量子学说光量子学说 2、每个光子有确定的能量,作为一个整体被吸收或产生; 2、每个光子有确定的能量,作为一个整体被吸收或产生; 3、每个光子能量 E与频率?之间关系: E= hv。 3、每个光子能量 E与频率?之间关系: E= hv。爱因斯坦光电方程: ?? 0 maxvvhK??物理光学 4、光强即光的能流密度: I=Nhv 。 4、光强即光的能流密度: I=Nhv 。爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程 1、产生光电效应原因: 电子吸收光子能量产生的。 1、产生光电效应原因: 电子吸收光子能量产生的。光量子学说光量子学说 2、电子吸收光子能量:一部分为逸出功脱出金属表面,其余部分为光电子初动能。 2、电子吸收光子能量:一部分为逸出功脱出金属表面,其余部分为光电子初动能。 3、由能量守恒:入射光子能量= 逸出功+ 光电子初动能 3、由能量守恒:入射光子能量= 逸出功+ 光电子初动能光电效应方程 W mh?? 22 1v? 22 1 mv光电子的最大初动能 W:逸出功逸出功与材料有关物理光学