光的量子性ppt课件.ppt

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1、21.2光的量子性1、光电效应(photoelectriceffect)（1）光电效应实验的规律VA①实验装置光照射至金属表面，电子从金属表面逸出，称其为光电子。②实验规律截止频率(cutofffrequency)仅当才发生光电效应，截止频率与材料有关与光强无关。瞬时性当光照射到金属表面上时，几乎立即就有光电子逸出.即光电效应是瞬时的，弛豫时间小于10-9秒。is3is1is2I1I2I3－UaUiI1>I2>I3当光源频率和外加电压固定时，饱和光电流强度is与入射光强度I成正比。饱和光电流截止电压(stop

2、pingpotential)当正向电压为零时，仍有光电流，只有当电压为某个反向电压值时，其电流才为零。这个反向电压称为截止电压Ua。为光电子最大初动能。实验表明，最大初动能与入射光强无关。入射光RVGKA光电管实验数据说明截止电压Ua与入射光频率之间具有线性关系:按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止.与实验结果不符。③经典理论遇到的困难红限问题瞬时性问题按经典理论,无论何种频率的入射光,只要其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属.与实验结果不

3、符。最大初动能问题按经典理论，光电子最大初动能取决于光强，应该和光的频率无关。与实验结果不符。（2）光子(photon)爱因斯坦方程①“光量子”假设光子的能量为②解释实验爱因斯坦方程逸出功与材料有关对同一种金属，一定，，与光强无关逸出功产生光电效应条件条件（截止频率）光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子数目越多，光电流越大.（时）光子射至金属表面，一个光子携带的能量将一次性被一个电子吸收，若，电子立即逸出，无需时间积累（瞬时性）.③的测定爱因斯坦方程遏止电压和入射光频率的关系（3）光电效应在近代技

4、术中的应用光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.光电倍增管放大器接控件机构光光控继电器示意图2、光的波粒二象性(wave-particledualism)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）（1）波动性：光的干涉、衍射和偏振解（1）（2）（3）例波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.求:（1）这种光的光子能量和动量；（2）光电子逸出钠表面时的动能；（3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散

5、射线中含有波长发生变化了的成分.（1）实验装置3、康普顿效应(Comptoneffect)（2）实验结果（相对强度）（波长）在散射X射线中除有与入射波长相同的射线外，还有波长比入射波长更长的射线。波长的变化量，随散射角的增大而增大。而与入射光的波长0和散射物质都无关。实验还发现，原子量小的散射物质，康普顿散射较强；原子量大的散射物质，康普顿效应较弱。lll波长偏移量检测系统晶体llllll散射角l射线源l散射体随的增大而增大，与物质种类无关。l~实验不同散射物质的实验对同一散射角llllllZ16Z26X

6、射线X射线X射线Z6原子序数原子序数原子序数FeFe谱线的强度增强；谱线的强度减弱。各种散射物质对同一散射角，波长偏离量相等。若散射物质的原子序数增加，散射线中（3）经典理论的困难按照经典电磁理论，入射的Ｘ射线是一种电磁波。电磁波通过散射物质时，将引起物质中带电粒子作受迫振动，从入射波吸收能量，同时又作为新的波源向四周辐射电磁波，形成散射光。带电粒子作受迫振动的频率等于入射光的频率，因而散射光的频率与入射光相同。经典理论只能说明有正常散射存在，即散射光的频率与入射光频率相等。康普顿用光子的概念简单而成功地解释

7、了这个现象。经典理论无法解释有散射光波长增大的现象。根据光子理论，X射线散射是单个光子和单个电子发生弹性碰撞的结果。每个光子不仅具有能量hv0，而且还具有动量hv0/c。当光子射到固体靶上和其中某一电子发生碰撞时，它把一部分能量传给电子，因此散射光子的能量就比入射光子的能量低，从而使散射光的频率要比入射光的频率小（即波长λ>λ0）。因此，根据量子理论，可以说明散射射线的波长比入射射线大的原因。光子电子电子反冲速度很大，需用相对论力学来处理。①物理模型入射光子（X射线或射线）能量大。固体表面电子束缚较弱，可视为

8、近自由电子。（4）量子解释电子光子电子热运动能量，可近似为静止电子。范围为：②理论分析能量守恒动量守恒康普顿波长康普顿公式散射光波长的改变量仅与有关散射光子能量减小③结论康普顿公式④讨论康普顿公式散射波长改变量的数量级为10-12m，对于可见光波长~10-7m，<<，所以可见光观察不到康普顿效应。与的关系与物质无关，是光子与近自由电子间的相互作用.散射光中有与入射光波长相同的射线，是由于