原子物理光的粒子性与电子的波动性.pptVIP

* 张延惠 原子物理 * 少女？ 老妇？ 两种图像不会同时出现在你的视觉中 第61页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * §1.5 波函数及玻恩解释 不论光子、电子还是其它粒子，都具有波粒二象性。为了描绘这种二象性，1927年玻恩(M.Born)提出，粒子的行为是由几率波支配的，波的强度代表粒子的出现几率。也就是说，我们可以选用波函数来对微观粒子的运动状态作数学上的描述，它的形式必须使得所描述的物质粒子运动能够显示出它的波动特性。 第62页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 1.5.1 自由粒子的波函数 对于自由粒子，例如阴极射线，反应堆中子束和加速器质子束，它们的动量不变，德布罗意波长和动量由关系式 联系着，动量不变，波长不变，相当于单色波。对于一维自由空间远离光源的单色波，它的电场强度可以写为 式中，ν为电磁波的频率；λ为波长。 (1.5.1) (1.5.2) (1.5.3) 第63页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 与此类似对一维自由粒子的德布罗意波可相应地写 式中λ＝h/p为与动量P相联系的德布罗意物质波长； ν 为与自由粒子能量(E＝h ν )相联系的德布罗意物质波的频率 第64页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 推广到三维空间，写成更一般的复数形式 式中k(｜k｜＝2π／λ)为波矢量；ω＝ 2πν为角频率。由德布罗意关系式： 上面的波函数还可以写成 (1.5.3) (1.5.4) 第65页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 1.2.3 光电效应的应用 光电效应的研究不仅在理论上有着重要的意义，在生产、科研、国防等方面也有重要的应用价值。一类是通过光电效应对光信号进行测量，另一类是利用光电效应实现自动控制。 例如在电视、有声电影和无线电传真技术中把光信号转化成电信号的光电管或光电池；在光度测量、计数测量中把光信号变为电信号并进行放大的光电倍增管等等，它们都有广泛的应用。通过光电效应进行自动控制的例子更是屡见不鲜。例如公共场所楼房大门的自动开合以及机床上自动安全装置等都可以用光电效应来实现，它们的基本原理都是光波被遮挡后便产生相应的电信号以实现所需要的控制。 第29页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 能量为hν的光子的质量和动量是多大呢?爱因斯坦回答了这个问题。 可得P与波长λ的关系为 光压的概念: 第30页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 爱因斯坦在讲课 爱因斯坦(1879 — 1955) 德国人 在普朗克获博士学位五十周年纪念会上普朗克向爱因斯坦颁发普朗克奖章 第31页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * §1.3 康普顿散射 图1.3.1康普顿散射实验简图 第32页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 1.3.1 实验结果 (1)不同的散射角θ方向上，除有原波长λ外，都出现了波长变化的λ′谱线。 (2)波长差Δλ=λ′-λ随散射角θ而变化，与原波长λ无关。如图1.3.2所示。 (3)若用不同元素作散射物质，则在同一散射角θ下Δλ与散射物质无关；原波长λ谱线的 强度随散射物质原子序数的增加而增加，波长λ′的谱线强度随原子序数的增加而减小。如图1.3.3。 以上现象叫做康普顿效应，康普顿因发现此效应而获得1923年诺贝尔物理奖。 第33页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 图1.3.2康普顿散射与角度的关系 图1.3.2 康普顿散射与原子序数的关系 第34页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 1.3.2 理论解释 经典理论解释-------------- 康普顿视X射线为光子流，把X射线与自由电子间的作用看作是两种粒子相互碰撞发生散射的过程，因此应满足能量守恒和动量守恒。 式中ν和ν′分别是碰撞前后光子的频率，P和P′分别是碰撞前后光子的动量。M0为电子静质量,电子碰前的动量是零，碰后的动量是mv。 第35页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 把(1.3.2)改成标量式得 而且 第36页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * λc称为电子的康普顿波长，具有长度的量纲 0.0024nm 第37页，共92页，编辑于2022年，星期五 * 张延惠 原子物理 * 讨论 (1)由(1.3.5)式可以看出，Δλ只与θ有关，