2-8 量子化原子模型 - 光电效应

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大学化学

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Peking University

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本课程是北京大学开设的一门在线大学化学基础课，主要面向具有大学水平的化学初学者。课程内容基本涵盖全部基础化学概念。

从本节课中

原子结构

原子及亚原子粒子是物质世界的基础。从提出原子这个概念开始，人类经历了上千年才开始对原子结构有了更深入的理解。随着认识的深入，人们逐渐发现原子这种微小粒子具有奇妙的结构特征，而这些发现已经成为人类认识和理解自然现象的起点。

2-6 量子化原子模型 - 量子理论的引入3:42

2-7 量子化原子模型 - 黑体辐射与能量量子化14:38

2-8 量子化原子模型 - 光电效应6:25

2-9 量子化原子模型 - 氢原子线状光谱6:44

2-10 量子化原子模型 - 波恩的解释12:23

2-11 量子化原子模型 - 波粒二象性7:31

2-12 量子化原子模型 - 波粒二象性相关说明7:31

2-13 量子化原子模型 - 海森堡不确定性原理6:56

2-14 量子化原子模型 - 原子的量子化模型13:25

2-15 量子化原子模型 - 原子的量子化模型相关说明4:38

与讲师见面

Prof. Jiang Bian
Associate Professor
College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University

光电效应大家应该更熟一点儿。光电效应大家应该更熟一点儿。

我猜，中学教材中应该讲过很多光电效应。

1888年，Hertz，大家当然知道，Hertz（是）频率单位。Hertz，德国人，用紫外光照射金属表面的时候，

金属表面会发射出光电子。

被光子打出的电子称为光电子。那么，这就是所谓的光电效应。

当然，如果你要设计环路也没有问题。把这个金属板设在阴极上，用光照射阴极，这个电子会打在，如果对面有对阳极的话，那么会打在对面的对阳极上。

然后，形成一个电子回路，电子回路。那么，就可以测定这个光电效应。然后，这就是实验例子。

这种例子其实说，很好做，很好找。

那么，你可以换各种各样的金属基板去做。

那么，你会发现什么呢？你会发现，不同的金属基板，或者，每个独特的金属基板，会有自己独特的发光阈值。

也就是，光的频率必须达到一定频率以上，它才会打出光电子。

反之，则不能发射光电子。这是它的实验结果。

那么，试验观察，有个频率下限，低于这个值（金属）不会发射光电子。

然后，解释，试验里不仅有一个现象，有三四个现象。

但我们只解释一个现象。也就是它的频率下限。

那么，我们当然知道，这个问题最终是由爱因斯坦来解释的。

1905年，爱因斯坦

直接引进了普朗克的能量量子化这个假设

既然黑体辐射…黑体辐射这个电磁波，既然黑体辐射是量子化的。

当然，这里也是电磁波，光子嘛，光嘛，光子也是电磁波。因此，它也可能是量子化的。因此，如果光是量子化的，那么，

这件事就好解释了。

而且，按照普朗克的观点，e正好等于hv，显然，能量跟频率直接联系起来。

那么跟试验的对照非常好。那么，当频率达到一定频率以上的时候，

光子能量才会达到一定值。那么这样，才能打出光电子。

反之，你的能量不够，不能克服束缚能，你就

无法打出光电子。所以应该说，爱因斯坦的这个解释直接把普朗克的那个说法给引进来。其实，挺简单地，直接就解释了。

当然，顺便也解释了光电子的个数与光强有关。

等等等等，都依次解释了。

那么，这是光电效应。然后，这是它的解释。

我们都直接都打出来。第一个，当然，光子能量与v有关，

本来就是普朗克假说。然后，第二个是，

光电子出射要克服一个阈值，这个阈值通常被称为功函，或者叫什么，逸出功。中学叫逸出功吧。大学叫功函，work

function。那么，要克服这个功函，才能产生这个光电子。

因此，光子的能量hv必须大于这个E0。

如果小于E0，则不能出射光（电）子。

然后，出射光电子的动能跟这个这两个的差值有关。是吧，

这是第二点。

第三点，是这个光强。出射光电子的个数跟光强度有关。那么，为什么呢？

这是，光强的定义。光强的定义。光强度今天的定义是什么呢，光强度今天定义为，照射在单位表面积上的光子的个数。

光子的个数决定了光强。单位面积中。

我们当然知道，一个光子打出一个光电子，这就叫做一石一鸟。一个石头进去，打出一只鸟。我们知道，在这个阶段仍然是一石一鸟。

今天，在物理和化学中我们可以做到什么呢？一石二鸟。或者，二石一鸟。

那为什么能做到这点呢？我们知道，传统光学是线性光学，

线性光学就是一石一鸟。但我们可以用非线性光学来做。

我们可以，入射光是什么呢？

入射光比如说，是v，按道理它如果是返回的话，把电子激发上去

如果返回的话，出射光也应该是v。但是，入射是v，出射是二倍的v。

新的v是原来的v的两倍。

可以做到。那么，这叫倍增。

这实际上就是二石一鸟。

扔进两个石头，出来一个鸟。

但这个鸟和原来的不一样，这个是大鸟。这是个大鸟。

我们可以让频率往上翻，

那么，什么样的东西才能实现这种非线性光学呢？

这就得用非线性光学材料。非线性光学材料通常具有重元素。哎，对，稀土，稀土是一个方向。那么，锕系也可以。

或者其他的重元素。

重元素为什么可以这样呢？重元素不符合…可以突破很多传统的定律。

那么，等你们学完量子力学就明白了。学完量子力学，你们就会发现，重元素有许多特性，

轻元素没有的特性。很多定律都是在轻元素体系中发现的。在重元素体系不见得适用。

那么，有人就专门研究重元素。我管他有没有特性，先研究起来再说呗。

这也是个办法。所以，要注意，重轻元素是不一样的，不一样的。

然后，这是光电效应，

光电效应。

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