高中物理奧賽必看講義-量子論(編輯修改稿)
2025-07-04 23:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的電子的動(dòng)能也愈大．(2)釋放電子主要決定于光強(qiáng)，應(yīng)當(dāng)與頻率等沒有關(guān)系．但是，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果卻并不如此.(3)關(guān)于光照的時(shí)間問題，波動(dòng)觀點(diǎn)更是陷于困境．從波動(dòng)觀點(diǎn)來看，光能量是均勻分布，在它傳播的空間內(nèi)，由于電子截面很小，積累足夠能量而釋放出來必須要經(jīng)過較長(zhǎng)的時(shí)間，合實(shí)驗(yàn)事實(shí)完全完全不符.為了解釋光電效應(yīng)的所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，1905年愛因斯坦推廣了普朗克關(guān)于能量子的概念．前面已經(jīng)指出普朗克在處理黑體輻射問題時(shí)，只是把器壁的振子能量量子化，腔壁內(nèi)部的輻射場(chǎng)仍然看作是電磁波．然而愛因斯坦在光電效應(yīng)的研究中指出：光在傳播過程中具有波動(dòng)的特性，而在光和物質(zhì)相互作用的過程中，光能量是集中在一些叫做光量子(簡(jiǎn)稱光子)的粒子上．從光子的觀點(diǎn)來看，產(chǎn)生光電效應(yīng)的光是光子流，單個(gè)光子的能量與頻率成正比即：式中h是普朗克常數(shù)．把光子的概念應(yīng)用于光電效應(yīng)時(shí)，愛因斯坦還認(rèn)為一個(gè)光子的能量是傳遞給金屬中的單個(gè)電子的．電子吸收一個(gè)光子后，把能量的一部分用來掙脫金屬對(duì)它的束縛，余下的一部分就變成電子離開金屬表面后的動(dòng)能，按能量守恒和轉(zhuǎn)換定律應(yīng)有：上式稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程．其中為光電子的動(dòng)能，W為光電子逸出金屬表面所需的最小能量，稱為脫出功．對(duì)光電效應(yīng)四個(gè)定律的解釋：（1）光電效應(yīng)第一定律的解釋：光子數(shù)光電子數(shù) （2）光電效應(yīng)第二定律的解釋：：遏止電壓，：逸出電位（3）光電效應(yīng)第三定律的解釋：光電子動(dòng)能不小于零（4）光電效應(yīng)第四定律的解釋：：光子能量電子，無須能量積累時(shí)間1921年，愛因斯坦因?qū)ξ锢韺W(xué)的貢獻(xiàn)，特別是光電效應(yīng)獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)愛因斯坦理論的驗(yàn)證1916年，密立根進(jìn)行了精密的測(cè)量，證明確為直線，光子既具有一定的能量，就必須具有質(zhì)量．但是光子以光的速度運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)便不適用．按照狹義相對(duì)論質(zhì)量和能量的關(guān)系式 ，就可以決定一個(gè)光子的質(zhì)量在狹義相對(duì)論中，質(zhì)量和速度的關(guān)系為m0為靜止質(zhì)量，光子永遠(yuǎn)以不變的速度c運(yùn)動(dòng)，因而光子的靜止質(zhì)量必然等于零，否則m將為無窮大．因?yàn)橄鄬?duì)于光子靜止的參照系是不存在的，所以光子的靜止質(zhì)量等于零也是合理的．而原子組成的一般物質(zhì)的速度總是遠(yuǎn)小于光速的，故它們的靜止質(zhì)量不等于零．在m0是否等于零這一點(diǎn)上光子和普通的物質(zhì)有顯著的區(qū)別．在狹義相對(duì)論中，任何物體的能量和動(dòng)量的關(guān)系為光子的靜止質(zhì)量為0，故光子的動(dòng)量為這是和光子的質(zhì)量為，速度為c.光電效應(yīng)明確了光的行為像粒子，并且可用動(dòng)力學(xué)的變量（動(dòng)量和能量）來描述粒子的行為； 在光和物質(zhì)相互作用過程中，在討論衍射和干涉現(xiàn)象時(shí)，需要把光作為波動(dòng)來處理，于是用波長(zhǎng)來闡明問題.波動(dòng)特征和粒子特征是互相對(duì)立的，但并不是矛盾的.光的波長(zhǎng)既適宜于顯示波動(dòng)特征，表示其波動(dòng)特征的物理量T和較大，而表示其粒子特征的物理量ε和p 較小，因而容易顯示波動(dòng)特征，反之，對(duì)于電磁波譜的短波段，表示其波動(dòng)特征的物理量T和 較小，而表示其粒子特征的物理量ε和p較大，因而容易顯示粒子特征.【例1】將一塊金屬板放在離單色點(diǎn)光源5米遠(yuǎn)的地方，（約相當(dāng)于原子直徑的十倍）的圓面上以從光源取得它所得的能量，對(duì)這種裝置的一個(gè)“靶”來說，打出一個(gè)光電子需要多長(zhǎng)時(shí)間？【解析】電子接受能量的靶面積為，半徑為5米的球面面積為 ，前者是后者的 ，故每秒投射于靶面積上的能量為 焦耳.打出一個(gè)電子需要能量5eV，即 焦耳，故積累這些能量需時(shí)秒=.實(shí)際上光電效應(yīng)是幾時(shí)的，【例2】若—個(gè)光子的能量等于一個(gè)電子的靜能量，試問該光子的動(dòng)量和波長(zhǎng)是多少？在電磁波譜中它是屬何種射線？ 【解析】—個(gè)電子的靜能量為m0c2，
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