【正文】 mVm—— 電子的質(zhì)量 V—— 電子逸出金屬表面后的運(yùn)動(dòng)速度 W0—— 稱為逸出功 從上式可以看出，若照射光的頻率不夠大，不足以克服逸出功 W0， 則不會(huì)有光電子發(fā)生。光子說要點(diǎn)： hhP m ccc????③ 光子還具有一定的動(dòng)量： ④ 光的強(qiáng)度取決于光密度 ρ —— 單位體積內(nèi)光子的數(shù)目 。 不同頻率的光子具有不同的質(zhì)量 。 光的能量只能是 E0的整數(shù)倍 。 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。 0???0?0?② 光電子的初動(dòng)能隨著光的頻率直線增加 ， 而與光的強(qiáng)度無關(guān) 。 一、波動(dòng)說及光的電磁理論 3. 光的電磁理論 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 二、光的粒子說 1. 光電效應(yīng) Newton為首的粒子說認(rèn)為：光是直線傳播的粒子流， 有不同的種類，因此有不同的顏色 光電效應(yīng)的三條規(guī)律： ① 對(duì)于陰極 K所用的金屬，有一固定的臨于閾頻率 ，只有當(dāng)入射光的頻率 ＞ 時(shí)才有光 電流產(chǎn)生如果 ＜ ，則不論光的強(qiáng)度多大，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都沒有光電流產(chǎn)生。 以上種種使光的電磁波理論獲得了極大成功，于是光的波動(dòng)說又發(fā)展成為光的電磁理論，并戰(zhàn)勝了當(dāng)時(shí)盛極一時(shí)的粒子說。 光的電磁理論可以解釋 ： ① 光的反射、衍射、干涉、折射和偏振等現(xiàn)象； ② 可以證明真空中的光速 c = 3 1010 cm 光是一種波長(zhǎng)約為 103 ? 105 cm的 電磁波 ，可見光是波長(zhǎng)約為 4 105 cm ? 105 cm的電磁波。 一、波動(dòng)說及光的電磁理論 2. 光的衍射 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 3. 光的電磁理論 1864年， Maxwell在前人工作的基礎(chǔ)上，指出電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化不能局限在空間的某一部分，而是以 c = 3 1010 cm但波動(dòng)說不能解釋光籍以傳播的介質(zhì)是什么，于是假定了一種稱為“以太”的物質(zhì)。 一、波動(dòng)說及光的電磁理論 1. 光的干涉 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 2. 光的衍射 圖 12 X射線衍射示意圖 —— 光能夠繞過前面的障礙物而彎曲傳播的現(xiàn)象 當(dāng)一束 X光射向晶體粉末時(shí)，發(fā)現(xiàn) E上出現(xiàn)了一系列明暗相間的同心圓，稱為衍射環(huán)或衍射圖 X光源 晶體粉末 屏幕 圖 13 光的衍射 波動(dòng)說的解釋 —— 晶體是原子在空間有規(guī)則的排列而成，位于同一平面上的原子形成一個(gè)晶面，當(dāng)波長(zhǎng)為 λ的 X射線射入一組面間距為 d的晶面上時(shí)，一部分光在平面 Ⅰ 反射，一部分光在平面 Ⅱ反射，兩組反射線相遇后相互干涉，產(chǎn)生明暗相間的園環(huán)。 圖 11 光的干涉 波動(dòng)說可以解釋，在兩個(gè)波峰或波谷相遇的地方相互加強(qiáng)，在一個(gè)波峰與另一個(gè)波谷相遇的地方，兩波相互削弱。 4. 舊量子理論的成功與失敗 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 167。例如：① Bohr理論可以很好解釋氫原子和類氫離子光譜，但推廣到多電 子分子或原子時(shí)不適用； ② 定態(tài)不發(fā)出輻射的假定與經(jīng)典理論矛盾； ③ 量子化的條件無理論基礎(chǔ)，比較生硬； ④ 舊量子論推出周期表中第一周期應(yīng)有 6個(gè)元素，但事實(shí)只有 2個(gè)； …… 以上種種導(dǎo)致舊量子論的失敗。 3. 原子光譜 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 4. 舊量子理論的成功與失敗 成就： ① 沖破了經(jīng)典物理學(xué)中能量連續(xù)變化的束縛； ② 解釋了許多經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的微觀現(xiàn)象。 推廣 ： Sommerfeld推廣了 Bohr理論， 制定更為普遍的量子化條件。 —— 是由電子繞核運(yùn)動(dòng)加速運(yùn)動(dòng)發(fā)射出電磁波產(chǎn)生的 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 ：原子光譜的分布是一條條分立的譜線而不是連續(xù)光譜。 入射光的 v超過 v0才可能產(chǎn)生光電子，且 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。 不同的金屬有不同的 臨閾頻率 v0， v越大，光電子的 E越大。 經(jīng)典理論觀點(diǎn) —— 認(rèn)為是光的強(qiáng)度而不是光的頻率決定了能否產(chǎn)生光電流 及光電子的動(dòng)能的大小，頻率只決定光的顏色。 1. 黑體輻射 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 2. 光電效應(yīng) 1905年，愛因斯坦 (Einstein) 提出了 光子說： 光是一束光子流，有一定的能量 E和動(dòng)量 P， 其大小由 v及 λ決定 E= hv， P= h/λ 光電效應(yīng) —— 一定條件下，光照射到金屬表面時(shí)可能產(chǎn)生光電流的現(xiàn)象。用這一觀點(diǎn)可以很好的解釋黑體輻射現(xiàn)象。s1。 經(jīng)典電磁理論的解釋 —— 假定黑體輻射是由 黑體中帶電粒子振動(dòng)發(fā)出的。 黑體定義 —— 能吸收全部外來電磁波的物體。 1. 黑體輻射 但隨著科學(xué)的發(fā)展，又發(fā)現(xiàn)了一些新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，用經(jīng)典物理學(xué)理論無法解釋。 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。 1. 宏觀體系 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 2. 微觀體系 服從量子力學(xué)。 021mmVc???? ????1. 宏觀體系 ① 服從牛頓力學(xué)的宏觀體系： 速度遠(yuǎn)小于光速， v c， c =3 1010 cm在 v=0時(shí)物體的質(zhì)量 稱為靜止質(zhì)量（ m0）， 。 宏觀體系 微觀體系 但是，單就力學(xué)體系而言，其討論對(duì)象又分兩大類 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 167。 1 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 一、經(jīng)典物理學(xué) 力學(xué)方面 —— Newton 力學(xué)體系 經(jīng)典物理學(xué)體系 電、磁、光學(xué)方面 —— Maxwell 方程組 熱現(xiàn)象方面 —— 熱力學(xué)及 Boltzmann、 Gibbs等人建立的 統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 這些理論構(gòu)成了一個(gè)完整的體系，可以解釋各種常見的物理現(xiàn)象。 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 相對(duì)論力學(xué)兩個(gè)主要結(jié)果： a. 物體的質(zhì)量 m和 v有關(guān)， v越大， m也越大。 當(dāng) v?c時(shí)， m = m0， 相對(duì)論力學(xué) 又還原為經(jīng)典力學(xué)。s1，此時(shí) amF ?② 服從 相對(duì)論力學(xué)的宏觀體系： v c， 此時(shí) amF ?： 質(zhì)量 m和能量 E在數(shù)量上的聯(lián)系 2E mc?第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。微觀物理現(xiàn)象兩個(gè)基本特征： ① 能量量子化 ② 具有統(tǒng)計(jì)的特性，符合測(cè)不準(zhǔn)原理 所以微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不服從經(jīng)典力學(xué)而服從量子力學(xué)。 2. 微觀體系 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 二、舊量子論的局限 1. 黑體輻射 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。其中三個(gè)最著名的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是黑體輻射、光電效應(yīng)和原子光譜。 黑體輻射定義 —— 當(dāng)將黑體加熱時(shí)能發(fā)射出 各種波長(zhǎng)的電磁波。 經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論計(jì)算得到的黑體輻射能量隨波長(zhǎng)的變化同實(shí)驗(yàn)所得的曲線相矛盾 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 能量量子化的概念 1900年， Planck提出了能量量子化的概念： 假設(shè)黑體中帶電粒子以頻率 ν作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，能量 ε只能取采取一個(gè)最小能量 hv的整數(shù)倍， ε = nhv， n = 0， 1， 2， …… ， h = ?1034 J這個(gè)假設(shè)稱為能量量子化假定。 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 —— 能否產(chǎn)生光電流及光電子的運(yùn)動(dòng)能大小只與光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān)。 只有當(dāng) v足夠大時(shí)，吸光后的電子才有可能克服金屬晶格的束縛而逸出金屬表面變成 光電子 ， 并在電場(chǎng)作用下從陰極飛向陽極產(chǎn)生 光電流 。這就成功解釋了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 2. 光電效應(yīng) 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 3. 原子光譜 經(jīng)典理論 ： ① 原子中的電子不斷發(fā)射出電磁波的結(jié)果勢(shì)必是其能量逐漸衰減，最后掉到原子核中，原子便不能穩(wěn)定存在； ② 由于能量逐漸變化，發(fā)射出的電磁波的頻率也隨之而變并連續(xù)分布。 1913， Bohr提出了原子結(jié)構(gòu)的 Bohr理論 ： ① 假定電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)能穩(wěn)定存在； ② 在一定的軌道上運(yùn)動(dòng)的電子有一定的能量 —— 定態(tài)； ③ 定態(tài)能量只能取一些分立的數(shù)值，是量子化的； ④ 原子由一種定態(tài) (Em)變到另一種定態(tài) (En)過程中發(fā)射或吸收電磁波； ⑤ 電磁波的頻率 v由決定： |EmEn|=hv。 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。 失?。?進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，仍與許多事實(shí)不符，在某些方面難以自圓其說。 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。 2 光的波粒二象性 一、波動(dòng)說及光的電磁理論 1. 光的干涉 波動(dòng)說：光是一種電磁波，波長(zhǎng)不同，顏色不同。 —— 當(dāng)光束重疊時(shí)出現(xiàn)明暗相間的條紋的現(xiàn)象 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。 光的衍射現(xiàn)象同時(shí)證明，波動(dòng)說所預(yù)言的光在密介質(zhì)中的傳播速度比在疏介質(zhì)中慢。 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。s1的速度向外傳播著，這稱為電磁波。電磁波是用電場(chǎng)強(qiáng)度向量和磁場(chǎng)強(qiáng)度向量?jī)蓚€(gè)向量的振動(dòng)表征，它們以相同的位相和相等的振幅在兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)運(yùn) 動(dòng)，它的傳播速度 c的方向與兩個(gè)向量的方向垂直。s1； ③ 可以說明 電磁波的傳播不需要借助于彈性介質(zhì)，無須引入 “ 以太 ” 的概念。 第一節(jié) 經(jīng)典物理學(xué)與舊量子論的局限 167。不同金屬有不同的臨閥頻率。 ③單位時(shí)間內(nèi)光電子的數(shù)目即光電流的大小與光子的強(qiáng)度成正比。 二、光的粒子說 1. 光電效應(yīng) 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 2. Einstein光子說 ① 光的能量量子化： 每種頻率的光的都有一個(gè)最小單位 —— 光量子 ，或光子 ， 記為 E0= 。 h?② 光子不但具有能量 E0， 而且還具有質(zhì)量 m。 2hmc??1905年 Einstein提出光子說，成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 3. 光子說對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋 ① 當(dāng)光照射到金屬表面時(shí) ， 光子的能量 被電子吸收 ， 能量的分配 符合 Einstein光電效應(yīng)方程： h?2012 m V h W??? ② 入射 光子的頻率越大，電子逸出金屬表面后的初動(dòng)能 越大， 且隨頻率直線增加。 ③ 入射 光的強(qiáng)度越大，光子的數(shù)目越多，因而產(chǎn)生的光電子的數(shù)目也增 多，但不增加光電子的初動(dòng)能。 光 光在傳播過程中表現(xiàn)為波動(dòng)性，光不是經(jīng)典概念中的波，但具有經(jīng)典概念中波的某些性質(zhì) 二象性表達(dá) E h?P ?h粒子性 波動(dòng)性 可用 E、 P、 ν 和 λ 表達(dá) 第一章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 167。 de Brolie假設(shè)：二象性并不