1 2
m
um2
A
★光电子的最大初动能只与入射光的频率有关， 与光的强度无关。
★红限频率:
当 电A子时的，能量不足以克服逸出功而发生光电效
h
应，所以存在红限频率.
0 A
h
光量子假设解释了光电效应的全部实验规律。但是， 1910年以前，并未被物理学界接受。
光电效应对于光的本质的认识和量子论的发展曾 起过重要的作用。
Mλ
关外 灾
难
R瑞 J利：M--(金T ) 斯C34T
维恩 维恩：M

(T
)

C15e

C2 T
o 1 2 3 45
λ (μ m) 6 7 89
二.普朗克的能量子假说
1.普朗克假设（1900年）
能量子假说：黑体在辐射频率为 的电磁波的能量只能为最小能量 h的整数倍,最小能量称为能量 子,即
《量子物理基础》主要内容
第一讲 早期的量子理论 第二讲 定态的薛定谔方程 第三讲 量子力学应用初步
第一讲
早期的量子理论
11月16日
本次课内容
§19-1 黑体辐射 普朗克的能量子假说 §19-2 光的波粒二象性 §19-3 康普顿效应 §19-5 氢原子的波尔理论
课本 pp217—250；练习册 第十八单元
h ,
h 6.631034 J s，h 称为普
朗克常数。
2.普朗克公式（1900-12-14）
普朗克在德国物理学会上报告了与全波段实验结果极为 符合的普朗克公式：
2hc2 1 M (T ) 5 ehc/ kT 1
由普朗克公式，可以导出维恩公式和瑞利-金斯公式 （参阅其他同类课本）。
In a thermogram, film sensitive to infrared Radiation reverals the location of regisions of sigficent thermal energy transport. The white areas are the regisions of greatest heat loss to cold ambient air.
1 2
mvm2

eU c
（3）存在红限频率 0。
截止电压Uc与频率 的实验规
律（右图）：
Uc= K - U0
其中K 为斜率，普适常数U0 为截
距, 与材料有关直线与横坐标的
交点就是红限频率0
0

U0 K
（4）光电效应是瞬时发生的
1 2
mvm2

eU c

ek

eU 0
只要入射光频率>0，无
能量不连续的概念与经典物理学是完全不相容的！ 普朗克本人也有很多的困惑和彷徨 ····
普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。
§19-2 光的波粒二象性
一 光电效应 爱因斯坦方程
实验规律:
（1）用光强I一定的某种频率的光
照射，得到的饱和光电流强度 Im
是一定的，光强越大，饱和光电流 强度也越大。
（2）存在遏止电势差Uc
解：根据维恩位移定律 Tm b
可得太阳表面温度
T

b
m

2.898 10 8 465 109
6232(K )
维恩位移定 律和斯特藩玻耳兹曼定律 是测量高温、 遥感和红外追 踪等技术的物 理基础。
A hand-held night vision, a view at night using this device
其中h 是普朗克常数。
（2）光量子具有“整体性”。 一个光子只能整个地被电子吸收 或放出。
爱因斯坦对光电效应的解释：
★光照射到金属表面时，一个光子的能量可以立 即被金属中的一个自由电子吸收。但只有当入射光 的频率足够高(每个光量子的能量 h足够大时)， 电子才有可能克服 逸出功逸出金属表面。
h
“两朵乌云”
十九世纪末，经典物理已相当成熟，对 物理现象本质的认识似乎已经完成。“但 是，在晴朗的天空中，还有两朵小小的令 人不安的乌云”。
相对论
？热辐射的 紫外灾难
量子论
§19-1 黑体辐射 普朗克的能量子假说 一 黑体辐射的实验规律
热辐射 物体在任何温度下都向外辐射电磁波
平衡热辐射
物体具有稳定温度时
康普顿散射是说明光的粒子性 的另一个重要的实验。
康普顿观察X射线通过物质散射 时，发现散射的波长发生变化的现 象。
光子和自由电子作弹性碰撞： 能量守恒、动量守恒。
1927诺贝尔物理学奖
康普顿实验装置示意图
光阑
晶体
B1 B2
A

φ
石墨体
X射线谱仪
C
G
X 射线管
R
散射光中除了和入射光波长λ相 同的射线之外，还出现一种波长 λ’大于λ的新的射线，这种现象叫 做康普顿效应。
发射电磁辐射能量
吸收电磁辐射能量
相等
绝对黑体 如果一个物体能 全部吸收投射在它上面的辐 射而无反射，这种物体称为 绝对黑体，简称黑体。
1．维恩位移定律
(黑体辐射的实验规律) 辐射最强的频率m 与
黑体温度T 之间
Tm b
b= 2.898×10-3m·K
例：(光测高温法)视太阳为黑体，测得辐射本领的峰值 在 m 465nm 计算太阳表面的温度。
爱因斯坦为此获1921诺贝尔物理学奖。
光子的能量、质量和动量
光子能量： h
h 光子质量： m c2 c2
光子有动量？
p mc h h
c
因为： m m0 2
1 c2
由于光子速度恒为C，所以 光子的“静止质量”为零.
§19-3 康普顿效应 “光子有动量！”
效
的
康普顿实验指出
散射X射线的波长中有两个峰值 和 且 与散射角有关
论光多微弱，从光照射阴极
到光电子逸出，驰豫时间不
超过10-9s
以上这些实验规律与经典 电磁波的概念完全不同，经 典波的能量是连续地分布在 空间的。
爱因斯坦方程
光量子假设（1905）
（1）电磁辐射由以光速c 运动的
局限于空间某一小范围的光量子 （光子)组成，每一个光量子的能
量 与辐射频率 的关系为 = h
φ=135 O
o
波长λ（A）
φ=90 O
φ=0 O φ=45 O
0.750
... .. ..............................................................................
0.700
应 (d)
普 顿 (c) 度
康强
对 (b)
石 (a) 墨相