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    光與物質(zhì)的相互作用

    2016/12/12 10:40:51

    黑體輻射

    19世紀(jì)末,許多物理學(xué)家對黑體輻射非常感興趣。黑體是一個理想化了的物體,它可以吸收,所有照射到它上面的輻射,并將這些輻射轉(zhuǎn)化為熱輻射,這個熱輻射的光譜特征僅與該黑體的溫度有關(guān)。使用經(jīng)典物理這個關(guān)系無法被解釋。通過將物體中的原子看作微小的諧振子,馬克斯·普朗克得以獲得了一個黑體輻射的普朗克公式。但是在引導(dǎo)這個公式時,他不得不假設(shè)這些原子諧振子的能量,不是連續(xù)的(這是經(jīng)典物理學(xué)的觀點),而是離散的:En=nhν

    這里n是一個整數(shù),h是一個自然常數(shù)。(后來證明正確的公式,應(yīng)該以n+1/2來代替n,參見零點能量)。1900年,普朗克在描述他的輻射能量子化的時候非常地小心,他僅假設(shè)被吸收和放射的輻射能是量子化的。今天這個新的自然常數(shù)被稱為普朗克常數(shù)來紀(jì)念普朗克的貢獻。其值為 6.6260693 × 10 焦耳-秒

    光電效應(yīng)

    1905年,阿爾伯特·愛因斯坦通過擴展普朗克的量子理論,提出不僅僅物質(zhì)與電磁輻射之間的相互作用是量子化的,而且量子化是一個基本物理特性的理論。通過這個新理論,他得以解釋光電效應(yīng)。海因里!?shù)婪颉ず掌澓头评铡とR納德等人的實驗,發(fā)現(xiàn)通過光照,可以從金屬中打出電子來。同時他們可以測量這些電子的動能。不論入射光的強度,只有當(dāng)光的頻率,超過一個臨限值(截止頻率)后,才會有電子被射出。此后被打出的電子的動能,隨光的頻率線性升高,而光的強度僅決定射出的電子的數(shù)量。愛因斯坦提出了光的量子(光子這個名稱后來才出現(xiàn))的理論,來解釋這個現(xiàn)象。光的量子的能量為hν

    在光電效應(yīng)中這個能量被用來將金屬中的電子射出(逸出功W0)和加速電子(動能):

    愛因斯坦光電效應(yīng)方程:

    1/2mv∧2═hν-W0

    這里m是電子的質(zhì)量,v是其速度。假如光的頻率太小的話,那么它無法使得電子越過逸出功,不論光強有多大。

     

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