大学物理量子物理基础2102 光的量子性 光电效应.ppt

* * 吴有训的实验结果 * 经典物理在热辐射问题上遇到困难的同时，人们在研究光与物质的相互作用问题上，也遇到了同样的麻烦。其中最主要的现象是光电效应和康普顿效应。，它们在物理学史上，对光的本性的认识上起着及其重要的作用。 * 实验表明： 在一定强度的单色光照射下，光电流随加速电压的增加而增大，但当加速电势差增加到一定量值时，光电流不再增加，达到饱和。 * 　　光电流反映了从阴极到达阳极的光电子数目。 实验表明： 在一定强度的单色光照射下，光电流随加速电压的增加而增大，但当加速电势差增加到一定量值时，光电流不再增加，达到饱和。 * 当加速电压减少到零并逐渐变负时，光电流并不为零。 截止电压的存在说明：此时从阴极逸出的最快的光电子，由于受到电场的阻碍，也不能到达阳极了。 * 　 式中 K 和ν0 都是正数，K 是一个普适恒量，不随金属的种类而变；ν0 对同一种金属是一个恒量，不同金属 ν0 的值不同，即与金属的种类有关。 　 式中 K 和ν0 都是正数，K 是一个普适恒量，不随金属的种类而变；ν0 对同一种金属是一个恒量，不同金属 ν0 的值不同，即与金属的种类有关。 * * 已知一个电子脱离钾原子需要1.8eV的能量，按照经典电磁理论计算一个距 1 w 光源 3 m 处的原子积累到 1.8 eV 能量大约要一个多小时。 而实验事实是，只要光的频率超过红限，不论光怎样弱，光电子几乎是瞬时发射出来的． * 　　也就是说，频率为? 的光，是由大量能量为 ? =h? 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。 　　表面上看起来连续的光波是量子化的。 单色光由大量不连续的光子组成。 对单个光子来说，其能量决定于频率；而对一束光来说，其能量既与频率有关，又与光子数有关。 * 光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。 * 说明红线频率和逸出功有简单的数量关系。因此，可以由红线频率算金属的逸出功。 * * 普朗克当时认为只有振子的能量是量子化的，而辐射本身，作为广布于空间的电磁波，它的能量是连续分布的。 * 光电倍增管的大致结构，它的管内除有一个阴极K和一个阳极A外，还有若干个倍增电极K1、K2、K3、K4、K5等。使用时不但要在阴极和阳极之间加上电压，各倍增电极也要加上电压，使阴极电势最低，各个倍增电极的电势依次升高，阳极电势最高，这样，相邻两个电极之间都有加速电场，当阴极受到光的照射时，就发射光电子，并在加速电场的作用下，以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，光电子能从这个倍增电极上激发出较多的电子，这些电子在电场的作用下，又撞击到第二个倍增电极上，从而激发出更多的电子，这样，激发出的电子数不断增加，最后后阳极收集到的电子数将比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍（一般为105～108倍）。因而，这种管子只要受到很微弱的光照， 就能产生很大电流，它在工程、天文、军事等方面都有重要的作用。 * 光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。 光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。 光子是静止质量为0的一种粒子。但是，由于光速不变，光子对于任何惯性参考系都不会静止，所以在任何参考系中光子的质量都不会为0。 * 按照经典波动理论，光波照射到物质上，引起物质分子作受迫振动，分子振动就向各个方向发出散射光。各个方向的散射光与入射光的频率和波长是相同的。这个结论对一般波长是正确的。如：我们看见的阳光就是一种散射光。 * 在 X 射线通过物质散射时，散射线中除有与入射线波长相同的成分外，还有波长比入射线波长更大的成分，其波长的改变量随散射角?的增加而增大，而与入射线波长?0和散射物质都无关。 * 按照光子理论，一个光子与散射物中的一个自由电子发生碰撞，散射光子将沿某一方向弹开——康普顿散射。 * X 射线是由一些能量为? =h?０ 的光子组成，并且这些光子与静止的自由电子发生完全弹性碰撞。 在固体如各种金属中，有许多和原子核联系较偌的电子可以看作自由电子。 * 康普顿波长的物理含义是：入射光子的能量与电子的静能相等时所相应的光子的波长。 * 1）在光电效应中，入射光是可见光或紫外光，所以康普顿效应不明显。 2）这种波长不变的散射叫瑞利散射，它也可以用经典的电磁理论解释。 * 康普顿效应的理论和实验完全相符，曾在量子论的发展中起了重要的作用。 它不仅有力地证明了光具有二象性，而且还证明了光子和微观粒子的相互作用过程也严格遵守能量守恒和动量守恒定律。 * nm * 四、光的波粒二象性 描述光的 粒子性 描述光的 波动性 光子 相对论能量和动量关系 （2）粒子性： （光电效应等） （