19光的量子性概述.ppt

四、光的波-粒二象性 光子的速度为 c，将相对论的质能关系和动量概念用于在真空中运动的光子。 光子 v=c ,而 m 是有限的， ∴光子静止质量 m0= 0 . 光子的能量 光子的质量 光子的动量大小 光子的动量矢量式 为光波传播方向的单位矢量 称为波矢 光子的能量 粒子特征量 波动特征量 光既具有波动性,又具有粒子性，即光具有波–粒二象性. 光在传播过程中，波动性表现比较显著：干涉、衍射、偏振；当光与物质相互作用时，粒子性表现比较显著：辐射、光电效应、康普顿效应。 例2 波长λ =4.0×10-7m的单色光照射到金属铯上，求铯所释放的光电子最大初速度。 利用关系 代入已知数据 解：铯原子红限频率 =4.8×1014 Hz，据爱 因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能： §3 康普顿效应 散射：当光照射到非均匀物体（雾、悬浮微粒）上，光就会向各个方向散开，这种现象称为光的散射，相应的光称为散射光。 一、康普顿效应 单色X射线照射一散射体时， X射线发生散射，散射线中除了有波长与原入射线波长相同的成份外，还有波长较长的成份。这种有波长改变的散射称为 康普顿散射，这种现象称为康普顿效应。 康普顿实验装置示意图 X光检测器 X光管 光阑 散射 物质 晶体 散射光线与入射光线之间的夹角φ称为散射角。 二、康普顿实验现象 1、散射光中不仅有原入射波长λ0 ，还有波长λ大于λ0的射线。 2、在原子量小的物质中，康普顿散射强度较强； 在原子量大的物质中，康普顿散射强度较弱。 3、散射光与入射光波长的差值 ，随散射角φ的增大而增加。 4 、 与散射物质无关， 对同一散射角，所有散射物质的波长改变量 相同。 三、 经典物理的解释 电子受迫振动 同频率散射线 发射 单色 电磁波 θ 受迫振动v0 照射 散射物体 经典电磁理论无法解释波长改变和散射角的关系。 1 、 光子理论对康普顿效应的解释 当光子和散射物外层电子（相当于自由电子）相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的频率变低，因此散射光的波长大于入射光的波长。 若光子和被原子核束缚很紧的内层电子相碰撞时，就相当于和整个原子相碰撞。光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。 四、 光子理论解释 * N.玻尔、M.玻恩、 W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康普顿、M.居里、P.A.M 狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森堡、 郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔 等 基本内容： 1、黑体辐射 2、光电效应、光的波粒二象性 3、康普顿效应 第十九章 光的量子性 §1 黑体辐射 普朗克的量子假设 1、热辐射 : 由温度决定的物体的电磁辐射。 一、热辐射 辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。 物体在辐射电磁波的同时，也吸收透射到它表面的电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。 任何物体在任何温度下都能辐射电磁波。 一定时间内物体辐射能量的多少、辐射能量按波长的分布与物体的温度有关。 一定温度 T 下，物体单位面积在单位时间内发射的波长在 ?~ ? +d? 内的辐射能 dM? 与波长间隔 d? 的比值，称为该物体对波长 ? 的单色辐出度。 单位： 瓦/米3 单位时间辐射能 单位面积( m-2 ).单位波长(m-1) W.m-3 2、单色辐射出射度（单色辐出度） 是辐射体的辐射波长 和热力学温度T的函数， ? 并且与物体的材料及表面情况有关。 温度 T 时，物体单位表面在单位时间内辐射的各种波长的辐射能总和。 说明：温度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。 ? 单位： 瓦/米2 单色辐出度 3、辐出度（总辐射能量密度） 绝对黑体(黑体)： 能够全部吸收各种波长的辐射能，完全不反射不透射，且能发射各种波长的热辐射能的物体。 煤烟 吸收系数约99% 物体热辐射 温度 材料性质 二、 黑体辐射 绝对理想的黑体并不存在，但它是热辐射的重要理论模型。 注意：实验室中常用的黑体经典实验模型。 对不透明物体，投射到物体表面的电磁波将被吸收、反射和透射。 太阳是接近黑体辐射的辐射源。 黑体的实验模型 小孔表面相当于黑体 （吸收全部的入射能而无反射） 黑体辐射的特点 ： （1）与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强。 （2）黑体单色辐出度仅与波长和温度有关，与材料性质无关。 从小