【公式】光电效应

一、能量的量子化

1. 普朗克的量子化假设

(1)能量子的表达式:

$$\varepsilon = h\nu$$

$h = 6.63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}$,为普朗克常量,$\nu$ 是电磁波的频率。

(2)能量的量子化

在微观世界中能量不能连续变化,只能取分立值,这种现象称为能量的量子化。


二、光电效应

1. 光电效应方程式:

$$E_{km} = h\nu – W_0$$

其中 $E_{km} = \dfrac{1}{2}m_c v_c^2$,是电子的最大初动能,$W_0$ 是逸出功。

2. 遏止电压:

$$\dfrac{1}{2}m_c v_c^2 = eU_c$$

其中反向电压 $U_c$ 为遏止电压,$v_c$ 为光电子的最大初速度。

3. 极限频率(或截止频率)公式:

$$\nu_c = \dfrac{W_0}{h}$$

当入射光的频率低于极限频率时,无论光的强度多大,照射时间多长,都不会发生光电效应,不同金属的极限频率不同。


三、光子的动量

1. 光子的动量:

$$p = mc = \dfrac{h\nu}{c^2} \cdot c = \dfrac{h\nu}{c} = \dfrac{h}{\lambda}$$

在康普顿效应中,当入射的光子与电子碰撞时,要把一部分动量转移给电子,因而动量变小,波长变长。


四、粒子的波动性

1. 德布罗意波

(1)频率:

$$\nu = \dfrac{\varepsilon}{h}$$

(2)波长:

$$\lambda = \dfrac{h}{p}$$

分别为实物粒子的能量和动量,这种波称为德布罗意波,也叫物质波。

2. 对德布罗意波的理解

(1)任何物体,小到电子、质子,大到行星等都存在波动性,只是宏观物体的对应的波长太短,我们平时观察不到。

(2)德布罗意波假说是光子波粒二象性的一种推广,使之包括了所有物质粒子。


五、不确定性关系

不确定性关系表达式:

$$\Delta x \cdot \Delta p \geq \dfrac{h}{4\pi}$$

其中 $\Delta x$ 表示粒子的位置不确定量,$\Delta p$ 表示粒子在 $x$ 方向上的动量不确定量,$h$ 表示普朗克常数。