1、物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件大學物理學電子教案大學物理學電子教案量子物理（量子物理（6）16-9 激光激光16-10 半導體半導體16-11 超導電性超導電性16-12 納米材料納米材料物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件復復 習習量子力學簡介量子力學簡介 波函數波函數 概率密度概率密度 薛定諤方程薛定諤方程 一維勢阱問題一維勢阱問題 對應原理對應原理 一維方勢壘一維方勢壘 隧道效應隧道效應多電子原子中電子分

2、布多電子原子中電子分布 電子自旋電子自旋 自旋磁量子數自旋磁量子數四個量子數四個量子數多電子原子中的電子分布多電子原子中的電子分布物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件.1E2E發光前發光前自發輻射自發輻射 一一 自發輻射自發輻射 受激輻射受激輻射1 自發輻射自發輻射 原子在沒有外界干預的情況下原子在沒有外界干預的情況下 , 電子會由處于激電子會由處于激發態的高能級發態的高能級 自動躍遷到低能級自動躍遷到低能級 , 這種躍遷稱這種躍遷稱為自發躍遷為自發躍遷. 由自發躍遷而引起的光輻射稱為自發輻由自發躍遷而引

3、起的光輻射稱為自發輻射射.2E1EhEE)(12.。2E1Eh發光后發光后16-9 激光激光物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件h吸收前吸收前.1E2E受激吸收受激吸收2 光吸收光吸收 原子吸收外來光子能量原子吸收外來光子能量 , 并從低能級并從低能級 躍遷躍遷到高能級到高能級 , 且且 , 這個過程稱為光吸收這個過程稱為光吸收. 2E1EhEE12h吸收后吸收后。.2E1E 自發輻射的自發輻射的特點特點：所發光互相獨立，頻率、振動：所發光互相獨立，頻率、振動方向和相位不一定相同方向和相位不一定相同, 是

4、非相干光是非相干光.物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件3 受激輻射受激輻射由受激輻射得到的放大的光是相干光由受激輻射得到的放大的光是相干光, 稱為稱為激光激光. 原子中處于高能級原子中處于高能級 的電子的電子,會在外來光子（其頻會在外來光子（其頻率恰好滿足率恰好滿足 ）的誘發下向低能級）的誘發下向低能級 躍遷躍遷 , 并發出與外來光子一樣特征的光子并發出與外來光子一樣特征的光子, 這叫受這叫受激輻射激輻射.2E1E12EEh.1E2E.。2E1E 發光前發光前 發光后發光后hhh 受激輻射的光受激輻射的

5、光放大示意圖放大示意圖物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件二二 激光原理激光原理1 粒子數粒子數正常正常分布和粒子數分布和粒子數布居反轉布居反轉（反轉反轉）2211;ENENkTEENN/ )(2121e/12EE 已知已知粒子數的正常分布粒子數的正常分布1E2E. .。 。1N2N12EE 21NN粒子數反轉分布粒子數反轉分布2E1E.。 。2N1N12EE 12NN kTEiiCN/e統計分布統計分布物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大

6、學理學院教學課件教學課件 美國物理學家梅曼于美國物理學家梅曼于1960年年9月制成第一臺紅月制成第一臺紅寶石固體激光器寶石固體激光器. 從外界輸入能量（如光照從外界輸入能量（如光照, 放電等）放電等） , 把低能把低能級上的原子激發到高能級上去級上的原子激發到高能級上去 , 這個過程叫做這個過程叫做激勵激勵（也叫泵浦）（也叫泵浦）.紅寶石中鉻離子能級示意圖紅寶石中鉻離子能級示意圖.1E2E.。基態基態亞穩態亞穩態激發態激發態3Es)10(8s)10(3物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件2 光學諧振腔光學

7、諧振腔 激光的形成激光的形成 光在粒子數反轉的工作物質中往返傳播光在粒子數反轉的工作物質中往返傳播 , 使諧振使諧振腔內的光子數不斷增加腔內的光子數不斷增加 , 從而獲得很強的光從而獲得很強的光,這種現象這種現象叫做光振蕩叫做光振蕩 .激光光束激光光束全反射鏡全反射鏡l光光 學學 諧諧 振振 腔腔 示示 意意 圖圖部分透光反射鏡部分透光反射鏡加強光須滿足加強光須滿足駐波條件駐波條件2kl 物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件三三 激光器激光器 1 氦氖氣體激光器氦氖氣體激光器 （輸出功率不大）（輸出功率不

8、大） 優優點：輸出的激光單色性好、結構簡單、使用方點：輸出的激光單色性好、結構簡單、使用方便、成本低等（波長便、成本低等（波長 632.8nm）氦和氖的原子能級示意圖氦和氖的原子能級示意圖基態基態亞穩態亞穩態氦氦氖氖632.8nm123氦氖激光器氦氖激光器部分反射鏡部分反射鏡AK（幾千伏特）（幾千伏特）毛細管毛細管管內氦氖比例（管內氦氖比例（510/1）全反射鏡全反射鏡物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件2 紅寶石激光器紅寶石激光器 紅寶石激光器的工作物質是棒狀紅寶石晶體，它紅寶石激光器的工作物質是棒狀紅

9、寶石晶體，它發出的激光是脈沖激光，波長為發出的激光是脈沖激光，波長為694.3nm. 。 。全全反反射射鏡鏡半半透透射射鏡鏡紅寶石棒紅寶石棒。脈沖燈脈沖燈0UU紅寶石激光示意圖紅寶石激光示意圖激光器發展的主要方面激光器發展的主要方面 （1）擴展了激光的）擴展了激光的波長范圍波長范圍.（紅外（紅外紫外）紫外） （2）激光的功率大）激光的功率大大提高大提高.（連續功率達（連續功率達10kW） （3）激光器已能實）激光器已能實現小型化現小型化.物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件四四 激光器的特性和應用激光器的

10、特性和應用1 方向性好方向性好 利用激光準直儀可使長為利用激光準直儀可使長為2.5km的隧道掘進偏差的隧道掘進偏差不超過不超過16nm.3 能量集中能量集中4 相干性好相干性好 普通光源的發光過程是自發輻射普通光源的發光過程是自發輻射 , 發出的不是發出的不是相干光相干光 , 激光的發光過程是受激輻射激光的發光過程是受激輻射 , 它發出的光它發出的光是相干光是相干光.2 單色性好單色性好 激光的激光的 單色性比普通光高單色性比普通光高 倍倍.1010物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件一一 固體的能帶固體

11、的能帶s 1s2p2完完 全全 分分 離離 的的 兩兩 個個 氫氫 原原 子子 能能 級級s 1s2p2ee+Aee+B16-10 半導體半導體物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件（a） 兩個原子很兩個原子很近時的能級分裂近時的能級分裂（b） 五個原子很五個原子很近時的能級分裂近時的能級分裂 （c） 固態晶固態晶體的能帶體的能帶rrr1s1s1s2s2s2s重重 疊疊 能能 級級 分分 裂裂 形形 成成 能能 帶帶 在理想的固態晶體中，因為原子間的相互作用，使在理想的固態晶體中，因為原子間的相互作用，使原

12、子原有的能級分裂成原子原有的能級分裂成 N 個間距極近的個間距極近的子子能級能級, 子子能級能級幾乎連成一片形成幾乎連成一片形成能帶能帶.物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 每個子能級有每個子能級有 個量子態個量子態.) 12(2l 根據泡利原理每個子能級容納根據泡利原理每個子能級容納 個電子個電子.) 12(2l 每個能帶容納每個能帶容納 個電子個電子Nl) 12(2 導帶導帶: 空帶和未被電子填滿的價帶空帶和未被電子填滿的價帶. 價帶價帶: 價電子的能級分裂所形成的能帶價電子的能級分裂所形成的能帶.

13、 實驗表明實驗表明: 一個能帶中最高能級與最低能級之間一個能帶中最高能級與最低能級之間的間隔一般不超過的間隔一般不超過 的數量級的數量級 . 由于原子數由于原子數 N的數量級為的數量級為 . 所以一個能帶中相鄰能級間所以一個能帶中相鄰能級間間隔約為間隔約為 .eV102319mm10eV10eV/101017192 滿滿帶和帶和空空帶帶: 能帶中能級全被電子能帶中能級全被電子填滿填滿為滿帶為滿帶; 無無電電子填充的能帶為空帶子填充的能帶為空帶.物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件晶晶 體體 的的 能能 帶

14、帶EgE禁禁帶帶gE禁禁帶帶導導帶帶 價帶價帶 （非滿帶）（非滿帶）空帶空帶 價帶價帶 （滿帶）（滿帶）導導帶帶 禁帶禁帶: 能帶之間不存在能級的區間能帶之間不存在能級的區間.物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件導體導體 半導體半導體 絕緣體絕緣體電阻率電阻率m)(溫度系數溫度系數禁帶禁帶價帶價帶841010負負較小較小滿帶滿帶481010正正非滿帶非滿帶2081010負負較大較大滿帶滿帶物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件

15、教學課件二二 本征半導體和雜質半導體本征半導體和雜質半導體1 1 本征半導體：純凈的無雜質的半導體本征半導體：純凈的無雜質的半導體gE導帶導帶禁帶禁帶滿帶滿帶ee空穴空穴電子電子鍺鍺晶體中的晶體中的正常鍵正常鍵電子被電子被激發激發，晶體中出現，晶體中出現空穴空穴GeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeee物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件2 雜質半導體雜質半導體 電子型（簡稱電子型（簡稱 n 型）半導體型）半導體價價帶帶導導帶帶施主能級施主能級施主施主能級能級SisAe五

16、價原子砷摻入四價硅中，多五價原子砷摻入四價硅中，多余的價電子環繞余的價電子環繞離子運動離子運動sASiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 空穴型（簡稱空穴型（簡稱 p 型）半導體型）半導體價價帶帶導導帶帶受主能級受主能級受主受主能級能級空穴空穴BBGeGeGeGeGeGeGeGeGeGe 三價原子硼摻入四價鍺晶三價原子硼摻入四價鍺晶 體中，空穴環繞體中，空穴環繞 離子運動離子運動物理學教程物理學教程（第二版）（第二版

17、）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件p nUIp nUIpn 結結的伏安特性曲線的伏安特性曲線反反向電壓向電壓正正向電壓向電壓三三 pn 結結物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件eeeep np 偶電層偶電層 n- - - - - -+ + + + + +0 x空穴空穴電子電子0Ux0 x動平衡時動平衡時 p 型與型與 n 型接觸區域的電勢變化型接觸區域的電勢變化物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院

18、廣東海洋大學理學院教學課件教學課件四四 光生伏特效應光生伏特效應Pneeee光光ee 這種由光的照射，使這種由光的照射，使 pn 結產生電動勢的現象，結產生電動勢的現象，叫做光生伏特效應叫做光生伏特效應 .物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 哈勃望遠哈勃望遠鏡上兩側的光鏡上兩側的光電池板將太陽電池板將太陽能轉變為電能能轉變為電能為望遠鏡提供為望遠鏡提供能源能源物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件4.00 4.20

19、4.400.1500.1000.0500.000K/T)/(R一一 超導體的轉變溫度超導體的轉變溫度*cT：臨界溫度臨界溫度4.20K附附近近汞汞的的電電阻阻突突降降為為零零在在16-11 超導體超導體物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件幾種超導材料的臨界溫度幾種超導材料的臨界溫度 材材 料料 Tc / K 材材 料料 Tc / KZn 0.844Al 1.174Sn 3.72Hg 4.15Pb 7.201Nb 9.26NbN 14.7Nb3Ge 23.2La -Ba -Cu -O 35Y -Ba -Cu

20、 -O 80Bi Sr -Cu -O 110Tl -Ba Ca -Cu O 125HgBa2Ca2Cu3O8 134 物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件二二 超導體的主要特性超導體的主要特性1 零電阻率零電阻率當當 （臨界電流）時，（臨界電流）時，cc,IITT電導率電導率電阻率電阻率 ，02 臨界磁場（能破壞超導態的外磁場的臨界值）臨界磁場（能破壞超導態的外磁場的臨界值）2c0c)(1TTHH0c,K0HHTTH)(cTH超導態超導態正常態正常態oCT臨界磁場與溫度關系臨界磁場與溫度關系物理學教程物理

21、學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件3 邁斯納效應邁斯納效應tSBtlEd)(dddd超導體內超導體內, 0E0d/dtBcHH外當當 時時, 0內H0HH超導體內超導體內 H = 0SNHI超導小球懸浮于超導小球懸浮于電流的磁場中電流的磁場中 在磁場中，超在磁場中，超導圓盤導圓盤懸浮懸浮起來起來 物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件晶晶 體體 局局 部部 區區 域域 的的 畸畸 變變三三 超導電性的超導電性的 BCS 理論理論e

22、晶體點陣晶體點陣正常位置正常位置晶體點陣晶體點陣畸變位置畸變位置 1957年美國物理學家巴丁、庫珀、施里弗三人年美國物理學家巴丁、庫珀、施里弗三人共同創立了近代超導微觀理論，這就是常稱的共同創立了近代超導微觀理論，這就是常稱的BCS理論理論 .物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 聲子聲子：晶體中由點陣的振動產生畸變而傳播：晶體中由點陣的振動產生畸變而傳播的點陣波的能量子稱聲子的點陣波的能量子稱聲子 . 庫珀對庫珀對：兩個電子通過交換聲子而耦合起來，：兩個電子通過交換聲子而耦合起來，成為束縛在一起的電子對

23、稱為庫珀對成為束縛在一起的電子對稱為庫珀對 . 組成庫珀對的兩個電子之間的距離約為組成庫珀對的兩個電子之間的距離約為 ,自旋與動量均等值而相反，所以每一庫珀對的動自旋與動量均等值而相反，所以每一庫珀對的動量之和為零量之和為零 .m106 當當 時金屬內的庫珀對開始形成時金屬內的庫珀對開始形成, 這時這時所有的庫珀對都以大小和方向均相同的動量運動所有的庫珀對都以大小和方向均相同的動量運動,金屬導體就具有了超導電性金屬導體就具有了超導電性 . 庫珀對的數量十分庫珀對的數量十分巨大巨大 , 當它們向同一方向運動時當它們向同一方向運動時, 就形成了超導就形成了超導電流電流 .cTT 物理學教程物理學教

24、程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件四四 超導的應用前景超導的應用前景 1 強磁場強磁場: 利用超導線圈做的電磁體用于回旋利用超導線圈做的電磁體用于回旋同步加速器同步加速器;超導發電機和電動機等超導發電機和電動機等.2 低損耗電能傳輸低損耗電能傳輸.3 磁懸浮列車車速可達磁懸浮列車車速可達550km / h. 4 4 超導電子器件超導電子器件: : 利用超導約瑟夫森結制成的利用超導約瑟夫森結制成的超導電子器件和超導量子干涉儀超導電子器件和超導量子干涉儀 . . 物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子

25、物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 納米（納米（nm）m10nm19一一 納米效應納米效應1 小尺寸效應小尺寸效應 納米材料：幾何尺寸為納米數量級的微粒或由納納米材料：幾何尺寸為納米數量級的微粒或由納米大小的微粒在一定條件下加壓成形得到的固體材料米大小的微粒在一定條件下加壓成形得到的固體材料.包含的原子數包含的原子數 : 個個一個納米微粒內一個納米微粒內431010界面原子比例界面原子比例: 50% 左右左右 由納米微粒組成的納米固體在較寬的頻率范圍內由納米微粒組成的納米固體在較寬的頻率范圍內顯示出對光的均勻吸收性顯示出對光的均勻吸收性 , 吸收峰的位置和峰的半高

26、吸收峰的位置和峰的半高寬度與微粒半徑倒數有關寬度與微粒半徑倒數有關.16-12 納米材料納米材料物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件2 表面與界面效應表面與界面效應 納米微粒具有很高的表面能納米微粒具有很高的表面能. 納米微粒表面活性增加，成為活性極好的催化劑納米微粒表面活性增加，成為活性極好的催化劑.納米微粒尺寸與表面原子數的關系納米微粒尺寸與表面原子數的關系納米微粒尺寸納米微粒尺寸/nm 包含總原子數包含總原子數 表面原子所占比例表面原子所占比例10 4 2 120 %40 %80 %99 %4103

27、31042105 . 230物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件問問: 為什么高比例的表面原子會增加表面活性為什么高比例的表面原子會增加表面活性 ?簡立方結構晶體簡立方結構晶體二維平面圖二維平面圖分立能級圖分立能級圖ABC表面原子表面原子內部原子內部原子物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件3 量子尺寸效應量子尺寸效應 量子尺寸效應：粒子尺寸下降到極低值時，費米量子尺寸效應：粒子尺寸下降到極低值時，費米能級附近的電子能

28、級由準連續變為不連續離散分布的能級附近的電子能級由準連續變為不連續離散分布的現象現象.NE34F 能級間距（理論公式）能級間距（理論公式）費米能級費米能級總電子數總電子數 當當 熱能、電能、磁能或超導凝聚能時熱能、電能、磁能或超導凝聚能時量子效應明顯量子效應明顯 納米微粒的磁、光、納米微粒的磁、光、聲、熱、電等性能與宏觀聲、熱、電等性能與宏觀材料的特性有顯著區別材料的特性有顯著區別.物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件二二 納米材料的制備納米材料的制備納米晶體或非晶材料納米晶體或非晶材料 惰性氣體沉積惰性

29、氣體沉積+原位加壓法原位加壓法納米固體納米固體 激光或等離子技術高溫氣相合成激光或等離子技術高溫氣相合成納米陶瓷粉料納米陶瓷粉料 化學沉積法、水熱合成法化學沉積法、水熱合成法.三三 一種納米新材料一種納米新材料 碳納米管碳納米管 1991年年11月月, 日本科學家宣布發現日本科學家宣布發現了一種新型針狀的碳管的碳結構了一種新型針狀的碳管的碳結構.碳針直徑碳針直徑: 1nm 30nm碳針長度碳針長度: 1um每根碳針數目每根碳針數目: 2 50 層層物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 每層碳管可看成是由石

30、墨片卷成每層碳管可看成是由石墨片卷成圓筒狀而成圓筒狀而成. 碳納米管特性碳納米管特性1 強度大，能經受約強度大，能經受約 壓力壓力.Pa1042 韌度比其他纖維高韌度比其他纖維高200倍以上倍以上. 3 碳納米管填充其他物質后可進一步改進其性質和碳納米管填充其他物質后可進一步改進其性質和用途用途.四四 應用應用（1）在微電子器件方面的應用）在微電子器件方面的應用;（2）在磁記錄方面的應用）在磁記錄方面的應用;（3）在傳感器上的應用）在傳感器上的應用.物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件一一 光電效應實驗的

31、規律光電效應實驗的規律VA（1）實驗裝置實驗裝置 光照射至金屬表面光照射至金屬表面, 電子從金電子從金屬表面逸出屬表面逸出, 稱其為稱其為光電子光電子.（2）實驗規律實驗規律 截止頻率（紅限）截止頻率（紅限）0 幾種純幾種純金屬的金屬的截截止止頻率頻率0 僅當僅當 才發生光電效應，才發生光電效應，截止頻率與截止頻率與材料有關材料有關與與光強無關光強無關 . .金屬金屬截止頻率截止頻率Hz10/1404.545 4.398.065 11.53銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銥銥 鉑鉑 19.29物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課

32、件教學課件1I2Iim1im2io0UU12II 電流飽和值電流飽和值mi 遏止電壓遏止電壓0U 瞬時性瞬時性 遏止電勢差與入射光頻率遏止電勢差與入射光頻率具有線性關系具有線性關系.maxk0EeU 當光照射到金屬表面上時，當光照射到金屬表面上時，幾乎立即就有光電子逸出幾乎立即就有光電子逸出（光強）（光強）Ii m遏止電壓遏止電壓 與光強無關與光強無關0U0U0銫銫 鋅鋅 鉑鉑物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 按經典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有按經典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時

33、間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬一定的時間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止表面為止. .與實驗結果不符與實驗結果不符 . .（3 3）經典理論遇到的困難經典理論遇到的困難 紅限問題紅限問題 瞬時性問題瞬時性問題 按經典理論按經典理論, ,無論何種頻率的入射光無論何種頻率的入射光, ,只要其強度只要其強度足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬 . .與實與實驗結果不符驗結果不符. . 物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件二二 光子光子 愛因斯坦方程

34、愛因斯坦方程（1） “光量子光量子”假設假設h光子的能量為光子的能量為（2） 解釋實驗解釋實驗愛因斯坦方程愛因斯坦方程Wmh221v 逸出功與逸出功與材料有關材料有關 對同一種金屬，對同一種金屬， 一定，一定， ，與光強無關，與光強無關kEW幾種金屬的逸出功幾種金屬的逸出功金屬金屬鈉鈉 鋁鋁 鋅鋅 銅銅 銀銀 鉑鉑eV/W1.90 2.462.50 3. 603.32 3.574.10 4.504.56 4.736.30物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 逸出功逸出功0hW 愛因斯坦方程愛因斯坦方程Wm

35、h221vhW0產生光電效應條件條件產生光電效應條件條件（截止頻率）（截止頻率） 光強越大，光子數目越多，即單位時間內產生光電光強越大，光子數目越多，即單位時間內產生光電 子數目越多，光電流越大子數目越多，光電流越大.（ 時）時）0 光子射至金屬表面，一個光子攜帶的能量光子射至金屬表面，一個光子攜帶的能量 將一將一 次性被一個電子吸收，若次性被一個電子吸收，若 ，電子立即逸出，電子立即逸出， 無需時間積累（無需時間積累（瞬時瞬時性）性）.h0物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件WeUh0eWehU0ehU

36、0eUh0（3） 的測定的測定h愛因斯坦方程愛因斯坦方程Wmh221v0U0遏止電勢差和入射光遏止電勢差和入射光頻率的關系頻率的關系物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 例例 設有一半徑為設有一半徑為 的薄圓片，它距的薄圓片，它距光源光源1.0m . 此光源的功率為此光源的功率為1W，發射波長為，發射波長為589nm的單色光的單色光 . 假定光源向各個方向發射的能量是相同假定光源向各個方向發射的能量是相同的，試計算在單位時間內落在薄圓片上的光子數的，試計算在單位時間內落在薄圓片上的光子數 .m100 . 13解