第十九章物理光学迈克尔逊干涉仪.PPT

相鄰兩暗線之距離應為 Δx＝xn－xn-1，即 對一厚度為t之薄膜，其經上、下表面反射後，再回到空氣的兩束光線，其光程長度差連同改變λ/2之和為 透過一厚度為t之薄膜之兩光束，僅有光程長度差，而無相改變。假設入射角i為零或甚小時，則其光程長度差為 l ＝2nt（透射光） 此光程長度差為波長的整數倍，則兩光束產生建設性的干涉，假若此光程長度差為半波長的奇數倍，則產生破壞性的干涉。 邁克爾遜干涉儀 假設鏡面移動D距離，有N條暗帶經過參考記號，則 第n條暗線至中央亮區的距離D為已知時，則可求出光之波長。 相鄰兩槽紋之光線，其光程長度差為d sinθ，當光程長度差為波長的整數倍時，可得一加強亮線 d sinθ＝mλ　m＝0，1，2…… d為相鄰兩槽紋間之距離，m為各亮線的序數（order）。 光柵儀器可用來作為波長的絕對量度，因柵線間隔d可用移測顯微鏡（traveling microscope）精確測得，望遠鏡偏轉角度? 亦容易量得，然後利用式(19-7)，便可計算出波長來。 加強干涉的形成第一個條件就是其散射角必同時等於其入射角θ（此即反射角＝入射角）。其第二條件為 2d sinθ＝mλ　m＝1，2，3，4…… 1.入射光強度之效應：當光束射至帶負電之板A時，穿過安培計的電流亦即光電流與光強度成正比。光的波動說及微粒說皆能預測此結果。 2.截止電位（cutoff voltage）：若把二極板的正負倒接，使發射光電子的A板帶正電，若繼續增加此種反向的電位差至一值VAB使得動能最大的光電子在即將到達B板前，速度剛好降至零，光電流也因此被截斷，此時，A、B兩板的電位差稱為截止電位。 頻率的效應：發生光電效應的最低頻率稱為低限頻率（threshold frequency）若照射光的頻率低於限頻率，則不論光的強度多大，亦不再有光電流產生。但若用頻率較低限頻率為高的光照射，則即使光的強度極為微弱，亦能產生光電流。 依波動理論的觀點，入射光頻率的高低對光電效應應無影響；但從微粒理論來看，各個光子撞擊電子的能力，決定於光子本身的特性，而和光子的數量無關。若設頻率較高的光子，碰撞的能力較高，頻率較低者，能力較低，則光電效應中對頻率的反應即可獲得合理的解釋。 4.物質表面效應：今將圖19-22中之A板以各種不同的金屬板來代替，則可發現不同的物質，其所具有的低限頻率亦不同 ，物質的低限頻率，可視為該種物質的特性。 愛因斯坦對光電效應的解釋 Ee＝－hν0＋hν h為蒲朗克常數，當入射光的頻率ν＝ν0時，則Ee＝0，此時物體內的電子，恰好可擺脫原子的引力而離開。電子擺脫原子的束縛而脫離原子所需的能量，稱為電子的脫離能（escape energy）。 設光子的能量全為電子所吸收（光子本身則消滅） 光子能量＝電子的脫離能＋電子的動能 電子的脫離能可分為兩部分： 1.將電子自體內移至表面所需的能量。 2.將電子擺脫金屬表面的束縛力，而離開金屬板所需的動能。此項能量又稱為物質的功函數（work function）ψ。因為各種物質的結構有所不同，其功函數亦不相等。 光子能量＝功函數＋射出電子的最大動能 　　　　＝ψ＋Ee 結 論 自光的本性討論，原認為是屬於一種波動的光，我們指出它實具有微粒的性質，而原是微粒的物質質點，我們證實它具有波動的性質。蒲朗克常數聯繫著波動和微粒在數量上的換算關係。不論是物質的微粒或是光子，當它經過狹縫而產生繞射時，我們不能確定它應循哪一條路徑運動，但我們可以指出它到達某一處的或然率之大小如何。另一方面，不論是物質質點或是光子，在每次碰撞中均係按照牛頓力學的情況轉移能量，這一點，並未因它們具有波動的性質而有所改變。 當光照射在帶負電的A板時，將有電子飛離A板而至B板，使安培計上有電流通過。 將電池反接，使發射電子的一板帶正電，則電位差逐漸增加至某一值時，射出的電子被折回，光電流剛好被截斷。 光電流對電位差之關係曲線。圖中之二曲線係使用二強度不同但頻率相同的單色光所量出的結果。當光的強度愈大，光電流亦愈大，但截止電位VAB仍不變。又當電位差增加至某值後，所有的光電子皆能到達正板，此後電位差雖再增大，電流亦不再增加。 光電子之最大動能Ee與入射光頻率ν關係曲線 康普吞效應。高能光子和電子碰撞前後，其能量和動量總和不變，波長為 ? 的光子射至靜止的電子，光子在角度ψ的方向散射，波長增為?（能量減少），而電子以速率υ沿θ方向散射而去。 ?? 稱為康普吞偏移（Compton shift）