結(jié)構(gòu)化學(xué)李炳瑞多媒體版第一章量子力學(xué)基礎(chǔ)1(編輯修改稿)
2025-02-04 22:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 為量子理論的奠基者，在物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時代的意義。他第一次提出輻射能量的不連續(xù)性，著名科學(xué)家愛因斯坦接受并補(bǔ)充了這一理論，以此發(fā)展自己的相對論，玻爾也曾用這一理論解釋原子結(jié)構(gòu)。量子假說使普朗克獲得 1918年諾貝爾物理獎。 為了對以上現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋， 1900年 Plank提出了黑體輻射的能量量子化公式 : 黑體輻射在單位波長間隔的能量密度曲線 – 光的本質(zhì) – 微粒說 （ Newton）：光直線行進(jìn)，直線運(yùn)動 – 波動說 （ Huygens）：光可以干涉、衍射，兩束光可以交叉穿過而互不干擾，與實(shí)物有不可介入性不同，有動量、動能、空間連續(xù)分布 – 19世紀(jì) Maxwell發(fā)展波動說，建立電磁波理論 光電效應(yīng)與光量子化 經(jīng)典物理無法解釋的另一個現(xiàn)象來自 1887年的著名實(shí)驗(yàn) . 這一實(shí)驗(yàn)極為有趣和重要 , 因?yàn)樗茸C實(shí)了 Maxwell的電磁波理論 —— 該理論認(rèn)為光也是電磁波 , 又發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng) (photoelectric effect), 后來導(dǎo)致了光的粒子學(xué)說 . 光電效應(yīng)與光量子化 1889年 , 斯托列托夫提出獲得光電流的電池方案 (圖中 G為電流表 , V為電壓表 。 C為陰極 , A為陽極 ): 光電效應(yīng)是光照在金屬表面上，金屬發(fā)射出電子的現(xiàn)象。 根據(jù)光波的經(jīng)典圖像，波的能量與它的強(qiáng)度成正比，而與頻率無關(guān)，因此只要有足夠的強(qiáng)度，任何頻率的光都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，而電子的能動將隨光強(qiáng)的增加而增加，與光的頻率無關(guān)，這些經(jīng)典物理學(xué)的推測與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符。 光電效應(yīng)是光照在金屬表面上，金屬發(fā)射出電子的現(xiàn)象。 （即臨閾頻率）時，金屬才能發(fā)射光電子，不同金屬的臨閾頻率不同。 ，發(fā)射的電子數(shù)也增加，但不影響光電子的動能。 ，光電子的動能也隨之增加。 1898年， , 并于 1902年指出 : 入射光線的頻率低于一定值就不會放出光電子 。光電子的動能與光強(qiáng)度無關(guān)而與光的頻率成正比 . 光電子的動能顯然來自光能 . 按照經(jīng)典波動理論 , 光能取決于光強(qiáng)度即振幅平方 ,與頻率無關(guān) . 顯然 , 經(jīng)典波動理論完全不能解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí) . 1905年 , Einstein提出光量子 (光子 )概念 , 解釋了光電效應(yīng) . 根據(jù)光子學(xué)說 , 光是一束光子流 . 每一個光子攜帶的能量 E與光的頻率 ν成正比 , 而與光強(qiáng)度無關(guān) . 光子流的密度才與光強(qiáng)度成正比 . (2).光子不但有能量，還有質(zhì)量 (m)，但光子的靜止質(zhì)量為零。按相對論的質(zhì)能聯(lián)系定律 ,E=mc2,光子的質(zhì)量為 m = h?／ c2 所以不同頻率的光子有不同的質(zhì)量。 1905年， Einstein提出光子學(xué)說，圓滿地解釋了光電效應(yīng)。光子學(xué)說的內(nèi)容如下： (1).光是一束光子流，每一種頻率的光的能量都有一個最小單位，稱為光子，光子的能量與光子的頻率成正比，即 式中 h為 Planck常數(shù)， ν 為光子的頻率。 E = h? 將頻率為 ?的光照射到金屬上，當(dāng)金屬中的一個電子受到一個光子撞擊時，產(chǎn)生光電效應(yīng)，光子消失，并把它的能量 h?轉(zhuǎn)移給電子。電子吸收的能量，一部分用于克服金屬對它的束縛力，其余部分則表現(xiàn)為光電子的動能。 (3).光子具有一定的動量 (p) P = mc = h? /c = h／ λ 光子有動量在光壓實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。 (4).光的強(qiáng)度取決于單位體積內(nèi)光子的數(shù)目，即光子密度。 Ek = h?－ W 當(dāng) h ? W時，從金屬中發(fā)射的電子具有一定的動能，它隨 ? 的增加而增加，與光強(qiáng)無關(guān)。 式中 W是電子逸出金屬所需要的最低能量，稱為脫出功，它等于 h?0； Ek是光電子的動能，它等于 mv2／ 2 ，上式能解釋全部實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果： 當(dāng) h? W時，光子沒有足夠的能量使電子逸出金屬，不發(fā)生光電效應(yīng)。 當(dāng) h ? = W時，這時的頻率是產(chǎn)生光電效應(yīng)的臨閾頻率。 Ek = h?－ W “光子說”表明 —— 光不僅有波動性，且有微粒性，這就是光的波粒二象性思想。 光子能量 : E=hν 光子動量 : p=h/λ 光電效應(yīng)方程 : mv2/2 =hνφ (λ為入射光的波長
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