量子论初步复习1

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1、2005.8第二十一章量子论初步一、光电效应光子1.光电效应⑴在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌板表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）发射出来的电子叫做光电子（区别于加热发出的电子叫做热电子）。⑵光电效应的规律。研究发现，光电效应有以下规律：①极限频率的存在。各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应（与之对应的有极限波长λ0，只有λ≤λ0才能发生光电效应）；②瞬时性。无论照射光强还是弱，只要超过极限频率，从光照射到有光电子产生，经历的时间不超过10-9s，几乎是瞬时的。这两条规律都无法

2、用光的波动性来解释。2.光子说⑴普朗克的量子理论。普朗克在研究热辐射（电磁辐射的一种）时发现，只有认为电磁波的发射和接收不是连续的，而是一份一份地进行的，理论计算的结果才跟实验相符。普朗克把这一份一份的能量叫做一个能量子。普朗克还指出：每份能量等于hν，其中ν是电磁波的频率，h是一个常量，叫普朗克常量，h=6.63×10-34Js。⑵爱因斯坦的光子说。光的波动说无法解释光电效应，而光和热辐射一样，也是一种电磁波，于是爱因斯坦把普朗克的量子理论应用到光学研究中来，提出了光子说。光子说的内容是：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。光子的能

3、量E跟光的频率ν成正比：E=hνabcdefg爱因斯坦利用光子说解释了光电效应。光电效应的物理过程如下：入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子（a、b、c、e、g）动能变大，可能向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子（b、c、g），有些没射出（a、e）；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少（g），飞出时动能最大。如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应。这就解释了极限频率的存在；由于光电效应是由一个个光子单独引起的，因此从有

4、光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。这就解释了光电效应的瞬时性。3.爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W（Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，也就是使电子脱离某种金属所做功的最小值。）这个方程和能量守恒定律显然是完全一致的。由于每个光电子从金属中飞出时，克服引力做的功不同，它们的初动能也不同。方程中的W是逸出功，不是每个电子克服引力做的功；方程中的Ek不是每个光电子的初动能，而是最大初动能。从光电效应方程可以看出：极限频率和逸出功间的关系是：hν0=W例1．对爱因斯坦光电效应方程EK

5、=hν-W，下面的理解正确的有A.只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EkB.式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C.逸出功W和极限频率ν0之间应满足关系式W=hν0D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解：本题应选C。VAKS例2．如图，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K-5-2005.8，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴

6、极材料的逸出功为A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV解：电流表读数刚好为零说明刚好没有光电子能够到达阳极，根据动能定理，光电子的最大初动能刚好为0.6eV。由Ek=hν-W可知W=1.9eV。选A。二、光的波粒二象性1.光的波粒二象性干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光是一种波，同时也是一种粒子。光具有波粒二象性。2.正确理解波粒二象性在双缝干涉实验中，如果用很弱的单色光做实验，并将曝光时间控制到很短，使得只有极少的光子可以通过，那么在屏上只能看到一些毫无规律的

7、亮点；如果曝光时间很长，使大量光子通过双缝，那么在屏上将看到清晰的干涉条纹。这说明个别光子往往表现出粒子性，而大量光子往往表现出波动性。波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子也不再是宏观的微粒，而是强调其不连续性，表示的是一份能量。⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。⑵ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。⑶光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。⑷由光子的能量表达式E=hν、光子的动量表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒

8、子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量