复旦大学《大学物理》课件-第十章量子力学实验基础 (1)(1).pdf

经典物理与量子物理复旦大学大学物理（上）第十章上节内容提要什么是经典物理？量子物理是什么？大学物理量子物理什么是经典物理什么是经典物理物理学物理学试图逐步分析所有的自试图逐步分析所有的自然现象把那些乍看起来不相同然现象把那些乍看起来不相同的东西联系起来，希望有可能的东西联系起来，希望有可能减少不同类事物的数目，从而减少不同类事物的数目，从而更好的理解他们。更好的理解他们。费曼费曼5牛顿力学统一地面和天上的物理6热力学统计物理统一了力学和温度现象7电磁学统一了电、磁、光学现象电磁学统一了电、磁、光学现象什么是经典物理方法论方法论 描述现象运动学 解释原因动力学为什么天体运行遵从牛顿力学？为什么天体运行遵从牛顿力学？为什么玻璃是绝缘体？为什么金属是导体？为什么物体会发出五颜六色的光？为什么元素存在周期现象？量子物理试图回答经典物理研究客体物性的原因。出现了经典物理学不能自洽描述的现象金属物理学家意识到了经典物理理论、概念自身的矛盾性。粒子的位置和动量不可能同时确定什么是量子物理 微观客体具有波粒二象性（由波函数描述）波函数满足态叠加原理，单值、有限、连续等量子力学基本要求 满足薛定谔方程、狄拉克方程等波函数动力学方程 可观测量对应的某个测量（算符）的本征值量子力学取得了巨大的成功！量子力学取得了巨大的成功！深刻地理解了物性导电机制、发光原理、元素周期，激光 深刻揭示了物理原理对称性、规范相互作用，重整化群，纠缠现象 指明了物理学发展的方向统一了电磁、弱相互作用；大统一，超大统一 改变了人类世界电子技术，通讯技术，材料科技，纳米科技，激光技术巨大的争议物理学的世纪论战尼尔斯 玻尔爱因斯坦vs你不看月亮的时候月亮不存在么？大学物理量子物理大学物理量子物理波粒二象性波粒二象性X射线衍射电子衍射大学物理量子物理大学物理量子物理原子中的电子原子中的电子大学物理量子物理大学物理量子物理固体中的电子固体中的电子光电效应内容提要早期量子论光电效应现象爱因斯坦光子论早期量子论 普朗克黑体辐射谱理论 爱因斯坦光子论 波尔氢原子模型早期量子论特点 半经典，半量子 对应原理实验装置,I(W,U,v)曲线阳极光强W阴极光电子光电流I加速电压U+金属光电效应现象a.光频率给定而光强饱和光电流b.光电效应响应时间 W1光v给定IS 饱和电流Ua遏止电压M MUa00Md.不同的材料给出类似的结果0产生光电效应的最小频率（红限频率）1.光是粒子流,运动速度=c2.频率为v 的光子的能量 =hv(焦耳)3.光强度W=N hv(焦耳米-2 秒-1)N为粒子流密度(光子数米-2 秒-1)电磁波理论的光强=w cE 22222EBw爱因斯坦光子论+-阳极A光线阴极K光电子加速电压U电子吸收的光子能量=光电子最大初动能+逸出功hv=mu 2/2+A测量m u 2/2:固定,调节U=Ua使光电流为零(遏止电压Ua 0),mu2/2=eUa0acche Uh或者逸出功A由物质结构决定测量逸出功:A=hv-eUa光子能量恰为A时(光电子初动能=0Ua=0),此时的频率vo=A/h(红限频率)饱和电流IS 正比于N(1)每个光子只能使得一个电子逸出.(2)光强W=N hv=N h c/当v固定时,才能说“IS 光强”总结：光强I 单位时间内入射的光子数 光电子数 im Uah212mmv212ameUmv0hA光频0 hA 无光电子逸出 光子被电子吸收几乎瞬时完成快速响应hv=eUa+A Ua=v h/e-A/e重要实验重要实验:测量普朗克常数测量普朗克常数h h根据测量点Ua和v的坐标位置,可用作图法测出斜率,从而算出h.vUa0光的本性波粒二象性光子波动性,粒子性E,p,m关系：hE hcEpchcEm2e.g.=500nmE=2.5 eVp=1.31027kgm/sm=4.410-36kg光电效应的应用光电转换光电子能谱e.g.XPS(X-ray Photoelectron Spectro-scopy)X-rayPhotoelectron谢 谢