量子力學
量子論的誕生
光電效應
物質波
雷納實驗結論
光量子(光子)
定義:光照射金屬表面時,金屬的電子逸出表面的現象
稱為光電效應,逸出的電子稱為光電子。
證實
定義
假說
量子論
結論
疑點
光電子
入射光頻率
應用
底線頻率
定義:產生光電子須超過最低特定頻率
動能
數量
與入射光頻率成正比
與入射光強度無關
和光強度成正比
每秒躍出數量和照射時間成正比
和金屬靶材質有關
底線頻率
小於
無論光強度及照射時間，皆無法產生光電效應
等於
恰可產生光電效應
最大值稱光電子的最大動能
愛因斯坦受普朗克量子論啟發提出光量子理論
特性
能量(E)不能分割
電磁波最小能量單位
和頻率成正比(E=hf)
單色光中，所有光子能量皆相同
和光強度成正比
解釋光電效應
hf=W
hf>W
hf<W
不會發生光電效應
恰可發生光電效應臨界值
可發生光電效應，光電子動能較大
大於
無論光強度及照射時間，立刻產生光電效應
數位相機
太陽能電池
光感應裝置
能量變化是不連續
將自然光或人造光的光能轉換為電能，達到發電效果
例如:自動門、自動開啟的路燈、手機的自動亮度
將光的訊號轉換為電的訊號，產生數位相片
波粒二象性
光
物質
粒子性
波動性
粒子性
波動性
光電效應
光的干涉、繞射
運動中的物品
電子的干涉、繞射
每一個物質粒子都伴有一定的波(德布羅意)
電子繞射實驗
證明電子具有波動性
由物質在空間中機率分布，又稱機率波
證明
晶格繞射及雙狹縫干涉實驗
電子的物質波
兩種性質不會同時顯現
電子雙狹縫干涉實驗
電子一點一點出現
干涉條紋浮現
粒子性
波動性
無法利用當時的物理學解釋黑體熱輻射現象
普朗克證實
質點振盪的能量非連續性變化，而是呈現階梯狀變化
原子光譜、能階
光譜
能階
連續光譜
離散光譜
種類
發射光譜(明線光譜)
產生方式
光直接通過三稜鏡產生的光譜
產生方式
吸收光譜(暗線光譜)
產生方式
通電低壓氣體或蒸氣所發之光穿越三稜鏡產生
光線經過未通電低壓氣體再通過三稜鏡產生的光譜
原理
原理:能階的跳躍
原理:物體的熱輻射
原理
高溫、低密度元素氣體發出的光譜不連續，僅在特定波長出現亮線
連續光譜中某種單色光為氣體吸收,在光譜上呈現出暗線
特性
由光譜的位置和條數,即可判定某種元素的存在
不同氣體發出不同顏色的光
同一元素氣體發射光譜的明線位置和吸收光譜暗線位置相同
應用
區分不同元素
推測恆星所含元素
結論
優點
波耳為了修正拉塞福原子模型的穩定性的問題提出假說
能階穩定態
光譜的頻率
電子僅能沿著特定軌道運行
帶有特定能量-能階(E)
能階躍遷
電子在能階躍遷放出、吸收的能量為兩能階能量差值
高到低
低到高
放出電磁波
吸收電磁波
其餘狀態
能量最低
基態
受激態(激發態)
放出光子，形成發射光譜
原子具有能階,原子的能量為量子化
缺點
能成功地解釋氫原子光譜,並由實驗證實能階的存在
可預測尚未發現的氫原子光譜線
對於光譜線的強度卻一無所悉
只適用於單電子系統,而多電子系統卻不適用。
古典物理與近代物理並用,缺乏合理一致的理論基礎
波耳氫原子模型
利用E=nhf成功解釋黑體輻射現象，與實驗結果完全符合
能階
物體的能量變化是不連續的，呈現量子化
愛因斯坦因此提出光量子理論
系統能量呈階梯狀分布
總結
量子力學
原子模型
理論:德布羅依物質波
實驗:光譜與光譜分析
實驗:光電效應
實驗:黑體輻射
理論:普朗克量子論
理論:愛因斯坦光子論
實驗:電子的干涉與繞射
理論:波耳氫原子模型
原子(道耳吞)
葡萄乾布丁模型(湯木森)
行星模型(拉塞福)
軌道模型(波耳)
電子雲模型
波粒二象性
牛頓粒子說
海更士波動說
古典物理
愛因斯坦光子說
瓶頸:黑體輻射
結論:普朗克量子論
楊格-光的干涉、繞射
雷納、愛因斯坦光電效應
光的干涉、繞射、光電效應
瓶頸
瓶頸
結論:波粒二象性
先了解量子論誕生的前因後果後，再去了解解釋量子論的另一個方法-能階，再來開始了解光電效應，首先先知道光電效應的的定義，再來了解雷納實驗結論中底線頻率、光電子的動能和數量、入射光頻率、光強度，之間的相互關係，各自的特點，再來了解愛因斯坦受普朗克量子論影響提出的光量子理論的特性以及解釋光電效應的方式，最後再來了解光電效應的應用物品及用用原理。再來了解物質波及波粒二象性，先知道物質波誕生的前因後果後得出物質波的定義，再來分別了解光和物質的波粒二象性間波動性及粒子性證實方式的差異後，利用電子雙狹縫干涉實驗當剁波利二象性的證明。再來別了解原子光譜及原子能階，先了解原子光譜的分類後再了解產生方式、原理之間的差異，最後了解光譜的特性以及應用，再來了解原子能階，首先先了解到波耳提出兩大假設的原因以及假設的內容及得出的結論和優缺點。最後做出一個總結，將量子力學中實驗和理論、原子模型和波粒二象性做統整。