文档介绍:一、光电效应的定义
电子在光的作用下从某些物质表面发射出来的现象称为光电效应。逸出来的电子称为光电子。
光电效应分为光电效应和外光电效应。光电效应是指被光激发所产生的载流子(自由电子或空穴)仍在物质部运动,使物质的电导率发生变化或产生光z,t)与粒子t时刻出现在(x,y,z)处的几率相对应。然而,德布罗意的理论仅仅适用丁不受任何力作用的自由粒子,尚不是一种普遍的理论。薛定川接受了德布罗意的思想,研究了电场、磁场对粒子作用下的普遍情况,从而发展了这一理论。在薛定谓所建立的波动力学理论中,一个关键性的环节是引入了算符对波函数(x,y,z,t)的作用。
引入动量算符P与能量算符Eih2ih从而得到波函数随时间变化的规律,即薛定谓方程2
u(r)
ihh22t8m2i—j-
xy
这样就建立了波动形式的量子力学基本方程。
由此可见,薛定谓是通过算符将普朗克常数
h引入,从而建立波动形式量子
力学理论的。在这种变换中,h仍然起了至关重要的作用。
只是处理问
从本质上讲,海森堡的矩阵力学与薛定谓的波动力学是等价的题的方式不同。无论是海森堡通过泊松括号的变换,还是薛定谓通过算符的作用,最终都是巧妙地将普朗克常数h引入才建立量子力学理论的。无论何种形式的量子力学理论,普朗克常数h都起到了基石与灵魂的作用。
普朗克常数是量子概念的基准
普朗克常数h的量纲是(能量x时间),这正是作用量的量纲。这说明h是作用的最小单元,因此h也称作“作用量子”。无论是普朗克的能量子,还是爱因斯坦的光量子,最小能量与频率之比总要等丁自然常数h0
由丁量子力学的诞生,产生了诸多与经典物理学完全不同的量子概念。这些量子概念都与普朗克常数h密切相关。h成为区分经典物理与量子物理的基准。
1)h是不确定度的基准
作为量子理论的一条基本原理是海森堡丁1927年建立的不确定度原理。不确定度原理指出:“不能以任意高的精确度同时测量粒子某些成对的物理性质。
应用量子力学的理论可以证明,凡是乘积具有普朗克常数h量纲的成对物理性质都不能以任意高的精确度同时确定。而这种精确度正是以普朗克常数h为基准的。如粒子动量与坐标,能量与时间的不确定度关系是我们所熟知的h
xR4tE上4
以h为基准,应用不确定度关系可以对微观粒子物理量的不确定程度作出估计,从而决定是运用经典力学处理,还是运用量子力学方法处理。如电子在数千伏电压加速下的速度约为107m/s,速度的不确定度约为101m/s。107?101;电子的运动可视为确定的,可用经典力学方法处理。而电子在原子中的运动速度约为106m/s,原子的线度约为1010m,由不确定度关系可知,速度的不确定量约为106m/s,这说明电子在原子中的运动并没有确定的轨道,不能用经典力学处理,须用量子力学方法处理。
h是波粒二象性的基准
波--粒二象性是微观粒子的基本届性。微观粒子的行为是以波动性为主要特征,还是以粒子性为主要特征,依然是以普朗克常数h为基准来判定。
在粒子物理学中,微观粒子的动量公式、能量公式是寓意深刻的。
动量公式为hP-
能量公式为Eh
动量P与能量E是典型的描述粒子行为的物理量,波长与频率是典型的描述波动行为的物理量。将描述波动行为的物理量与描述粒子行为的物理量用同一个公式相联系,这正寓意了波粒二象性。而联系二者的正是普朗克常数h,这的确是神来之笔。根据上述公式可以了解动量为P、能量为E的粒子的波长与频率,结合相应的物理过程自然可以判断是粒子性呈主要特征,还是波动性呈主要特征。
h是量子化条件的限度
量子化条件是量子力学的基本特征。继普朗克提出能量量子化条件之后,1913年玻尔提出的原子理论是富有创造性的。玻尔在描述原子电子的运动时,创造性地引入量子化条件曾被狄拉克誉为人类超越经典理论所迈出的“最伟大的一步”。虽然玻尔的理论并非自然的量子力学理论,但他最先将卢瑟福的原子核式模型与普朗克的量子论相结合,创造性地提出了原子电子的能级条件与电子运动的轨道角动量量子化条件。玻尔丁1913年7月在《哲学杂志》上以“论原子和分子结构”为题,发表了他的能级假说:“原子只能具有分立的能量值,能量值的改变与发射或吸收能量子Eh有关。”并提出了原子电子的跃迁条件与轨道角动量的量子化条件EnEmhnmS1,2,3,L)
由此可见,在玻尔的原子理论中,量子化条件是十分重要的。而这种量子化条件依然是以普朗克常数h为基准的。
按照量子力学的理论,微观粒子的状态须受到量子化条件的制约。1925年,泡利应用量子态、量子数的概念提出了著名的不相容原理:“在一个原子系统不可能有两个或两个以上的电子具有相同的状态。”即原子的电子不能具有完全相同的量子数。这一原理成为微观粒子状态的客观描述。如在原子中,不仅原子能量是