0  426782  426790  426796  426800  426806  426808  426812  426818  426820  426826  426832  426836  426838  426842  426848  426850  426856  426860  426862  426866  426868  426872  426874  426876  426877  426878  426880  426881  426882  426884  426886  426890  426892  426896  426898  426902  426908  426910  426916  426920  426922  426926  426932  426938  426940  426946  426950  426952  426958  426962  426968  426976  447090 

1.光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律

在1886年~1887年,赫茲在證實(shí)電磁波的存在和光的麥克斯韋電磁理論的實(shí)驗(yàn)過程中,已經(jīng)注意到:當(dāng)兩個(gè)電極之一受到紫外光照射時(shí),兩電極之間的放電現(xiàn)象就比較容易發(fā)生.然而當(dāng)時(shí)赫茲對(duì)這個(gè)現(xiàn)象并沒有繼續(xù)研究下去.直到電子發(fā)現(xiàn)后,人們才知道這是由于紫外光的照射,使大量電子從金屬表面逸出的緣故.這種電子在光的作用下從金屬表面發(fā)射出來的現(xiàn)象,稱為光電效應(yīng),逸出來的電子稱為光電子.

研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,陰極K和陽(yáng)極A封閉在真空管內(nèi),在兩板之間加一可變電壓,用以加速或阻擋釋放出來的電子.光通過石英小窗W照到電極K上,在光的作用下,電子從電極K逸出,并受電場(chǎng)加速而形成電流,這種電流稱為光電流.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)光和光電流之間有一定的關(guān)系.

首先在入射光的強(qiáng)度與頻率不變的情況下,電流-電壓的實(shí)驗(yàn)曲線如圖8-9所示.曲線表明,當(dāng)加速電壓V增加到一定值時(shí),光電流達(dá)到飽和值,這是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)從陰極K射出的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極A.若單位時(shí)間內(nèi)從電極K上擊出的光電子數(shù)目為n,則飽和電流I=ne.

另一方面,當(dāng)電位差V減小到零,并逐漸變負(fù)時(shí),光電流并不降為零,就表明從電極K逸出的光電子具有初動(dòng)能.所以盡管有電場(chǎng)阻礙它運(yùn)動(dòng),仍有部分光電子到達(dá)電極K.但是當(dāng)反向電位差等于-Ve時(shí),就能阻止所有的光電子飛向電極A,光電流降為零,這個(gè)電壓叫遏止電壓.它使具有最大初速度的電子也不能到達(dá)電極A.如果不考慮在測(cè)量遏止電壓時(shí)回路中的接觸電勢(shì)差,那么我們就能根據(jù)遏止電壓 來確定電子的最大速度和最大動(dòng)能,即

在用相同頻率不同強(qiáng)度的光去照射電極時(shí),得到的電流-電壓曲線如圖所示.它表示出對(duì)于不同強(qiáng)度的光,Vg是相同的,這說明同一種頻率不同強(qiáng)度的光所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能是相同的.

此外,用不同頻率的光去照射電極K時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果是頻率愈高,Vg愈大.并且與Vg成直線關(guān)系,頻率低于的光,不論強(qiáng)度多大,都不能產(chǎn)生光電子,因此不同的材料,閾頻率不同.

總結(jié)所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,光電效應(yīng)的規(guī)律可歸納為如下幾點(diǎn):

試題詳情

4.紫外災(zāi)難

(1)基爾霍夫定律(Kirchhoff's Law):

熱平衡狀態(tài)時(shí),任何物體的單色輻出度與單色吸收比之比,等于同溫度條件下絕對(duì)黑體的單色輻出度

因此,“絕對(duì)黑體的單色輻出度”,是當(dāng)時(shí)研究的尖端課題.

推論:

a.若TA=TB,則輻射多的吸收也多,不能輻射亦不能吸收;

b.一定時(shí),絕對(duì)黑體輻射和吸收的能量比同溫度下的其它物體都多.

經(jīng)典理論在短波段的這種失敗成為“紫外災(zāi)難”.

(2)普朗克假設(shè):

a.空腔黑體可用一些線性諧振子來代表.

b.諧振子只能處于某些特殊的不連續(xù)的狀態(tài)中,它們的能量只能是的整數(shù)倍.

c.發(fā)射和吸收的能量只能是的整數(shù)倍.

[例1](1)有一金屬圓柱體的表面積為S,其內(nèi)部裝有電熱絲,通電流后可以生熱,供熱的功率為,起始時(shí)圓柱體的表面以砂紙磨亮,其輻射發(fā)射率可視為零.經(jīng)通電加熱后,利用熱電偶測(cè)得圓柱體表面達(dá)成熱平衡時(shí)的溫度為.現(xiàn)利用蠟燭將該圓柱體表面熏黑,其輻射發(fā)射率可視為1,以同樣的方式通電加熱,則圓柱體表面的熱平衡溫度為T.設(shè)當(dāng)時(shí)金屬圓柱體周圍的環(huán)境溫度為,在實(shí)驗(yàn)期間穩(wěn)定不變.因熱傳導(dǎo)和對(duì)流而損失的熱量功率,可合理假設(shè)為正比于圓柱體表面溫度和環(huán)境溫度的差值.試求T和上述已知量,即S、P、、和,之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式為何?

(2)下列為已知量的數(shù)值:

電熱絲的供熱功率

金屬圓柱體的表面積

金屬圓柱體表面磨亮?xí)r的熱平衡溫度

環(huán)境溫度.

試求圓柱體表面熏黑時(shí)的熱平衡溫度T為何?

[解析](1)當(dāng)金屬圓柱體表面磨亮?xí)r,沒有因輻射而致的熱損失,只有因傳導(dǎo)和對(duì)流而致的熱損失.后者根據(jù)題中的假設(shè),與圓柱表面溫度和環(huán)境溫度之間的差值成正比,故

               (1) 

式中k為比例常數(shù).當(dāng)圓柱體表面熏黑時(shí),除了因傳導(dǎo)和對(duì)流的熱損失外,還須加計(jì)輻射的熱損失.設(shè)圓柱體表面的熱平衡溫度為T,則

         (2)   

由上兩式消去比例常數(shù)k,可得

   (3)

(2)將已知數(shù)值代入(3)式,可得

利用逼近求根法如下表:

T(K)
  (K4)
434.0

435.0

435.5

435.6

435.7

436.0

若取三位有效數(shù)字,則

[總結(jié)]

第二講 光電效應(yīng)

普朗克提出了能量子概念以后,許多物理學(xué)家都想從經(jīng)典物理學(xué)中求得解釋,但始終無(wú)法成功.為了盡量縮小與經(jīng)典物理學(xué)之間的差距,普朗克把能量子的概念局限于振子輻射能量的過程,而認(rèn)為輻射場(chǎng)本身仍然是連續(xù)的電磁波.直到1905年愛因斯坦在光電效應(yīng)的研究中,才突破了普朗克的認(rèn)識(shí),看到了電磁波能量普遍都以能量子的形式存在.從光和微觀粒子相互作用的角度來看,各種頻率的電磁波都是能量為的光粒子(稱作光子)體系,這就是說,光不僅有波的性質(zhì)而且有粒子的性質(zhì).

試題詳情

3.黑體的經(jīng)典輻射定律

1879年,斯忒藩(J.Stefan,1835~1893年)從實(shí)驗(yàn)觀察到黑體的輻出度與絕對(duì)溫度T的四次方成正比,即:

1884年玻爾茲曼從理論上給出這個(gè)關(guān)系式.其中.

對(duì)一般物體而言,,為發(fā)射率,J為輻出度, ,式中,稱為斯特藩-玻爾茲曼常數(shù).通常<1,但對(duì)黑體而言,e = 1 (即為完全輻射).

如果物體周圍的環(huán)境溫度為,則須考慮物體表面對(duì)入射輻射能的吸收.假定入射的輻射能通量密度為,為物體表面的吸收率,則該物體表面所吸收的輻射能通量密度為,通常a < 1,但對(duì)黑體而言,(即為完全吸收).因此物體表面對(duì)入射能量的反射率為.

從理論上我們不難證明物體表面的放射率和吸收率相等,即,此稱為我們可以說:容易輻射能量的物體,也容易吸收入射的能量.

處于熱平衡時(shí),黑體具有最大的吸收比,因而它也就有最大的單色輻出度.

試題詳情

2.黑體

熱輻射的規(guī)律是很復(fù)雜的,我們知道,各種物體由于它有不同的結(jié)構(gòu),因而它對(duì)外來輻射的吸收以及它本身對(duì)外的輻射都不相同.但是有一類物體其表面不反射光,它們能夠在任何溫度下,吸收射來的一切電磁輻射,這類物體就叫做絕對(duì)黑體,簡(jiǎn)稱黑體.

絕對(duì)黑體是我們研究熱輻射時(shí)為使問題簡(jiǎn)化的理想模型.實(shí)際上黑體只是一種理想情況,但如果做一個(gè)閉合的空腔,在空腔表面開一個(gè)小孔,小孔表面就可以模擬黑體表面.這是因?yàn)閺耐饷嫔鋪淼妮椛,?jīng)小孔射入空腔,要在腔壁上經(jīng)過多次反射,才可能有機(jī)會(huì)射出小孔.因此,在多次反射過程中,外面射來的輻射幾乎全部被腔壁吸收.在實(shí)驗(yàn)中,可在繞有電熱絲的空腔上開一個(gè)小孔來實(shí)現(xiàn),正因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用的絕對(duì)黑體都是空腔輻射,因此,黑體輻射又稱為空腔輻射.

試題詳情

1.熱輻射

在上一章中,我們已經(jīng)提到,開爾文勛爵所說的兩朵烏云的第二朵是黑體輻射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果被拔開時(shí),人們發(fā)現(xiàn)了近代物理學(xué)的兩個(gè)基礎(chǔ)理論的另一個(gè)理論即量子力學(xué)論.

量子論

由于溫度升高而發(fā)射能量的輻射源,通常稱為熱輻射.熱輻射體中原子和分子不發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化.熱輻射能量來自物體的熱運(yùn)動(dòng).物體在任何溫度下(只要不是絕對(duì)零度)都向四周進(jìn)行熱輻射,也從周圍吸收這種輻射.熱輻射的光譜是連續(xù)光譜.一般情況下,熱輻射的光譜不僅與輻射源的溫度有關(guān),還與它的表面特征有關(guān).

為了定量的描述熱輻射與溫度和物體特性的關(guān)系,首先引入下列概念:

(1)輻射出射度(簡(jiǎn)稱輻出度)

溫度為T的熱輻射體,在單位間內(nèi)從單位面積向各個(gè)方向輻射出的所有頻率的輻射能量.又稱為輻射能通量密度.

(2)單色輻射出射度

溫度為T的熱輻射體, 在單位時(shí)間內(nèi)從單位面積向各個(gè)方向所發(fā)射的、在某一頻率附近的單位間隔內(nèi)輻射能量(即功率)叫做該物體的單色輻射出射度.單色輻射出射度與溫度、頻率和物體的表面特性有關(guān).

(3)吸收本領(lǐng)

入射到物體上的輻射通量,一部分被物體散射或反射(對(duì)透明物體,還會(huì)有一部分透射), 其余的為物體所吸收.

試題詳情

一種情況是舉一個(gè)正面的例子、一個(gè)反面的例子,然后,對(duì)這兩個(gè)例子還要進(jìn)一步從正反兩個(gè)方面進(jìn)行分析以證明論點(diǎn)。另一種情況是舉一個(gè)例子,但這個(gè)例子里面含有正反兩種因素,這個(gè)例子舉完了,再?gòu)恼磧蓚(gè)方面來加以對(duì)照性分析以證明論點(diǎn)。注意由事例推及觀點(diǎn),在舉例后輔以論理,一正一反,比較闡述。言之成理,增強(qiáng)說服力。

試題詳情

也叫例后分析評(píng)價(jià)法。就是敘述事實(shí)論據(jù)后用精煉的語(yǔ)言揭示、評(píng)價(jià)事物或事件的效果、價(jià)值、影響,從而證明論點(diǎn)的一種方法。其作用在于由小見大,高度評(píng)價(jià),深入本質(zhì),揭示危害等。意義分析法標(biāo)志性詞語(yǔ)通常為“從……中,發(fā)現(xiàn)……,感受到……”。要緊扣論點(diǎn),選擇恰當(dāng)?shù)慕嵌葋矸治鲈u(píng)價(jià),語(yǔ)言要精煉,要言不繁,點(diǎn)到為止。

試題詳情

即披露一段文字解釋它的含義,在解釋含義過程當(dāng)中,使得這一段話更有說服力,更能證明觀點(diǎn)。當(dāng)然解釋意思本身也是在證明觀點(diǎn)。

不少同學(xué)寫作文喜歡引用名言名句,但往往只是簡(jiǎn)單地引一下就完了,有時(shí)這樣的效果不好,可作適當(dāng)分析。在解釋含義過程當(dāng)中,使得這一段話更有說服力,更能證明觀點(diǎn)。

試題詳情


同步練習(xí)冊(cè)答案