第七章近代光学.ppt

§7－1 热辐射 量子概念的诞生 §7－2 光电效应 光的粒子性 §7－3 康普顿效应 爱因斯坦在专利局 爱因斯坦光电效应方程 图中所示为一次光电效应实验中得到的曲线。 （1）求证，对不同材料的金属，AB线的斜率相同 （2）由图上数据求出普朗克常数h 。 例3 Ua(V) ?(1014Hz) 5.0 10.0 0.0 1.0 2.0 A B 解:（1） =常数 （2）由曲线可知： §7-3 康普顿效应 一 康普顿效应的实验及其规律 1、实验装置 1926年康普顿观测了X射线沿各方向的散射波的波, 发现在散射光线中有波长大于入射光波长的现象。这种波长改变的散射就称为康普顿效应 —— 光栏 石墨 晶体 K A - X射线源 ? 探测器 2、康普顿散射的实验规律 (1)在散射光线中有与入射光波长 相同的射线也有波长大于入射 光的射线; (2)在原子量较小的物质中，康普 顿散射较强。对原子量较大的 物质，康普顿散射较弱; (3)波长的改变量 随散射角? 的增加而增加; (4)在同一散射角下，所有散射 物质波长的改变 都是相 同的。 I I I I 二、对实验结果的分析 1、康普顿散射的实验结果与光的波动说相矛盾 电子作受迫振动 辐射频率不会发生变化 与实验结果相矛盾 光是电磁波 康普顿 美国实验物理学家，芝加哥大学教授。因发现康普顿效应而获得1927年诺贝尔物理学奖。 2、光子理论解释 (2)光子与实物粒子一样，能与电子等粒子作弹性碰撞。 (1)X 射线由 的光子组成； X 射线光子与电子的碰撞 三、康普顿效应的理论解释 (1)碰撞前 *电子 *光子 能量 动量 (2)碰撞后 *光子 能量 动量 能量 动量 *电子 能量 动量 ? ? e 碰撞过程中能量守恒 碰撞过程中动量守恒 消去?与v 可得, 散射使波长的改变量为（康普顿散射公式） 康普顿散射波长 ? ? e 四 康普顿散射实验的意义 1。进一步确认了光的粒子性，及关系式 正确性 2 。确认了动量守恒定律与能量守恒定律在微观粒子相互作用中的正确性。 3。康普顿散射只有在入射波的波长与电子的康普顿波长可以比拟时，才是明显的。 例4 波长为 1.000?的X射线在碳块上作康普顿散射实验 ， 散射角?=60度。 求（1）散射的X射线的波长. （2）反冲电子的动能. （3）反冲电子的速度。 解：（1）由 （2）由碰撞过程中能量守恒 （3）电子的静能量为 相对论效应可以忽略 电子的速度可由 由正弦定理： ? ? ? 1。在单位时间内从单位表面积上辐射的电磁波在波长λ附近单位波长间隔内辐射的能量M?0(T)在温度一定时随波长?的变化关系 一 黑体辐射的主要实验定律是什么 M? 0(T) l 2200K 2000K 1800K 1600K 2。斯特藩-玻耳兹曼定律（在单位时间内从黑体表面单位面积上辐射的各种频率电磁波的总能量随温度的变化关系） M(T )=?T 4 ? = 5.67?10 -8 W/m2K4 ?m 第七章 近代光学 小 结 小 结 二 什么是普朗克的量子假说 辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量? 的整数倍 对频率为? 的谐振子, 最小能量为: n为整数，称为量子数 ? 称为能量子 三 光电效应 1 什么是爱因斯坦光量子假说 1）从一个点光源发出的光线的能量并不是连续地分布在逐渐扩大的空间范围内的，而是由有限个数的能量子组成的。这些能量子就被称为光子（光量子）。一束光是一束以光速运动的光子流， 2）每个光子的能量 2 爱因斯坦光电效应方程 A 为该金属材料的逸出功 根据能量守恒 当频率为? 光照射金属时，一个电子是整体吸收一个光子 光子静止质量: 光子的能量： 4 光的“波粒二象性” 3 光子的能量、质量与动量 光子的动量： 四 什么是康普顿效应 ? ? e 碰撞过程中能量守恒 碰撞过程中动量守恒 康普顿散射波长 康普顿观测了X射线沿各方向的散射波的波长, 发现在散射光线中有波长大于入射光波