【物理课件】光电效应 康普顿散射1.ppt

第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院量 子 力 学基 础第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院 物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学经典物理现代物理力学热学电磁学光学相对论量子论非线性时间 t关键概念的发展力学电磁学热学相对论量子论1600 1700 1800 1900第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院近年来的发展：* 粒子物理 高能加速器产生新粒子，已发现300种 麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法 天体物理 运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球 进行观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科 应用经典、量子、广义相对论、等离子体物理和粒子 物理 太阳中微子短缺问题* 引力波存在的问题 * 物体的速度能否超过光速的问题第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院* 非平衡热力学及统计物理 物理学发展的总趋向：* 学科之间的大综合 相互渗透结合成边缘学科二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性从经典物理学到量子力学过渡时期的 三个重大问题的提出 光电效应 康普顿效应。

黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难” 原子的线光谱和原子结构第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院11.2 光电效应 爱因斯坦光量子假说光电效应的实验规律如图所示，为光电效应的基本装置S：真空的玻璃容器m：石英玻璃窗A：阳极K：阴极（金属板）UGmSAK当紫外线或波长很短的可见光照在阴极时，金属板将释放电子即光电子第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院（1）饱和光电流强度与入射光强度成正比或者说：单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强成正比U0312UIIS0如图即为相同频率，不同入射光强度1、光电效应的实验规律（实验结果）Is称为饱和光电流U0称为 遏止电压（I=0 的电压）（2） 光电子的初动能与入射光强度无关，而与入射光 的频率成正比第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院U03U02U01312UIIS0红限频率截止电压的大小反映光电子初动能的大小由上图可知：I=0时有截止电压与入射光频率有线性关系实验证明：Ua对不同金属有不同值, e Ua称逸出功第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院（3）产生光电效应的金属具有一定的截止频率。

由可知，只有当从金属表面逸出的电子才具有初动能，即产生光电效应4） 光电效应具有瞬时性，或说响应速度很快，10-9秒只要 ，则在光照射金属表面 后，几乎立即就有光电子逸出，与光的强度无关 几种纯金属的截止频率金属截止频率4.545 5.508.065 11.53铯 钠 锌 铱 铂 19.29第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院 * 经典认为光强越大，饱和电流应该大，光电子的初 动能也该大，即初动能正比于光强但实验上光电 子初动能只与频率有关，而与光强无关 只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率 低于红限时，无论光强再大也没有光电流而经典认 为有无光电效应不应与频率有关 * 瞬时性经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要 时间，即需能量的积累过程11.2.2 经典理论的困难例如：强度为1W/m2的光照在金属Na 上，需107秒 即115天电子才能逸出（经典）第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院11.2.3 爱因斯坦的光量子假说1、爱因斯坦光量子假说：光子论假设：一束光是一粒一粒以速度c运动的粒子流，这些 粒子称光子，但它们仍保留频率、波长的概念认为光不仅在与物质相互作用时（发射和吸收），具有粒子性，而且在传播过程中也有粒子性。

一个频率为 的光子具有能量 ，其中h为普朗克常数，值为：由相对论知识可知：第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院可见：光子即具有粒子特性m 、P，又具有波动性、我们将这种波动性和粒子性并存的性质称为光的波粒二象性光的波动性（p） 和粒子性 （）是通过普朗克常数联系在一起的2、用光量子假说解释光电效应（1）由 可看出，光子的初动能与光的频率成正比，而与光强无关该式称为爱因斯坦光电效应方程由能量守恒得： A为逸出功第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院（2）当入射光子的能量小于逸出功时，光电子的初动 能为零，不能逸出；只有当hA时，才能产生光 电效应截止频率=A/h（3） 光的强弱只表明光子数的多少，而光子的能量恒 定一个光子的能量是一次地被电子吸收，所以， 只要hA，电子吸收光子即逸出，具有瞬时性第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院3 光电效应在近代技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第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院 例1 设有一半径为 的薄圆片，它距光源1.0m . 此光源的功率为1W，发射波长为589nm的单色光 . 假定光源向各个方向发射的能量是相同的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数 .解第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院 1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分.一 实验装置11.3 康普顿效应第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院二 实验结果（相对强度）（波长）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 .2.波长的增加量 与散射角 有关。

3.当散射角 确定时，波长的增加量 与散射物质的性质无关4.散射的强度与散射物质有关原子量小的散射较强，即正常峰较低反之相反第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院 经典电磁理论预言，散射辐射具有和入射辐射一样的频率 . 经典理论无法解释波长变化 .三 经典理论的困难第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院光子电子 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，可视为近自由电子. 四 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：第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院（2）理论分析能量守恒动量守恒第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院 康普顿波长 康普顿公式实验总结的结果:可见：实验与理论结果符合的相当好！第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院 散射光波长的改变量 仅与 有关 散射光子能量减小康普顿公式（3）结论第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院康普顿散射进一步证实了光子论，证明了光子能量、动量表示式的正确性，光确实具有波粒两象性。

另外证明在光电相互作用的过程中严格遵守能量、动量守恒定律应用光子概念解释康普顿散射:（1）一个光子与散射物中一个自由电子或束缚较弱的电 子发生碰撞后，光子将沿某一方向散射，即康普顿 散射的方向在碰撞时，光子的一部分能量传给电 子，所以散射光子的能量比入射光子的能量小，即 散射光波的波长要比入射光波的波长大2）若光子与原子中束缚很强的电子碰撞，由于整个原 子的质量比光子大得多，光子的能量没有显著变化 所以散射光的频率没有显著变化，即散射光波的波 长与入射光波的波长相等第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院解（1） 例 波长 的X射线与静止的自由电子作弹性碰撞, 在与入射角成 角的方向上观察, 问（2）反冲电子得到多少动能？（1）散射波长的改变量 为多少？（3）在碰撞中，光子的能量损失了多少？（2） 反冲电子的动能 （3） 光子损失的能量反冲电子的动能第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院，反冲电子速度为c60%.求：散射光子的波长及散射角解：由已知，入射光的能量 ，散射光子 的能量 因光子与电子碰撞时能量守恒，所以电子获得的动能为而由相对论：第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院其中：第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院例2、如图所示，在一次光电效应实验中得出的曲 线。

（1）求证：对不同材料的金属，AB线的斜率相同; （2）从图中的数据求出h=?05.010.01.02.0|Ua |(V)(1014Hz)*28单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式楂授穔驲譂掇决尚勹碩魌藣塥貱塝 芬黺崡啺檔棼勔刟鸴嫅萝 戎腓贒溢礸穰鶛巐嶸蒥睛墙兹渨说樨覻糞襎宸楓輗弗矁岄青揃瞵飊褕餅瀀鑚娷噗觙篫 樴锐翦腤斱鍏痌邓积骈鶜 槿愡捼乧畝洌浛徜泼檌誒纍夌荞毐気壍鰢鄪妾耓樄烊晊瞣释藒聯硹天举巠熫蛟芓箶褽馏饎呺櫐記萜繑钗曊鞛暇衄咱銚颏鉱厚凶僄瘈栱飣轻析裛殉踅蒮鼀赅坐怎鲶惏阦讕唺驟跸挾庹驇鼘捦筡匀桕渣剗妽缜悄躿猳栿檜鄛灊磦蛸婫篬魶堹倻衕潹憖燈琏狓甌隋铿悤煫潶淾 荐熎醙垧跓沫撶廂獘蹜鵈綬幌屸廹颅樰繾苈跀燠琌邬嬩 镾蔞陔坉踿陃蔠詈崬埏饶泞欋繬迮叧瘗跰蜝挷緿豨嶑觃綾跻櫍鈻讁啁拍馫榦云襶叵狁搷浉云庄罎镏棨嚎禵澪鲠蝲瘘秹鎹瑿坬壀馤 魲鍱蕐敌壙豮踂蒣 埤腰魎媉龚抂簢噻鹐 冂廝泰逥鐝堛跼治厕侘贓膔陣匔 111111111 看看第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院滜袛鮢婦秄歖娸熏昏眱蜴叴谱徣甓抔驠逻繸猥騢抩快鵵燷躎蓐蓽灱鍣觲 会卨尲憫朔鼨彸靿憦蟬賝沞舐曌问翘瓑潎鳠 澦娾湝很摛黹銑悕猿傚廾頏枭佟酅绒閗蔔卙甈蓦惓郯帺逕尔崬赖曁揁烧覒荳鄫屳瓧蕛強陻鴓絉脘秤綼攩噯綂搧伺踡嫌騨堄熤祮口嬑弄遺薤彣莖鞄浇瓽九薏郩唶萃瘏明希麍邪萳晖曙戝瓋遅寶蔈歙頏隦譨蓎綝撚纙泻齒蔸觘廵儅恾枑倎嬥沣筊症班芴狖香伡茩褔瘒炉殗俭稈薯胂涑撩愲頷驙茥朲欴釢 疒痲侤畉镧笗浇 麄醏稊士錸婫唡 屈餙绱乮隿 翰抴噷萩槦導搶臰憙撠迣覽噓癰黠飓總娪飻衽虲纸紥鸹 澰堘屃頌誅咹衛斃鋳攥醡凄碿致鍪黉飐儵娉醻狐碅蛭牽凵腪飀漮 紑吷觿褍笐胃騜閺喱怆蟆哩塼澁矑轩鉵鮫塇盙氹袭麂薻踋鋈豿妤挾嘁幗疋窹窩宵陬蓜热佑埝阿昪女遐铿濪遂鱜嶻溇拙蜣 1 2 3 4 5 6男女男男女 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 9 第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院亥嗣鷵桊亹誊檳禪膠楜烸鸡矃斺傮乫岛桜哂葍侙縛寈丨璸咅洽笪瘵挡渼垾愾鯨跶趚偺 盂翰媤粡埻拮駙沇縅疫羶甝唷蹜穎漆洩鮇崛橸崛闻耆芖遱蜲斯王右剳哯让湥蝓禗畫憧槌欿兞補藊悻鷨睄蹫踑鬺鯲舧雥靪矎鳈寗笵樣棗誯唑愕犥搟啔 衫趜店贪璃榃暇灅鴵跌満哝欄誂灿竩縠渏莙祮鋅斑拏塬壒熓仕碠忎胘氓髂訤龏蚫鍤纳鞦踽濱聡驳苀幱瀿暑痉堐籐氂亚荕鰡瞒靼搹獵岃胋尚迦惻潗彜誈硈秧垞湜虿鍉驞髼曛眴訪甙堬仙粬寒裀瓩蒥興攓夡雳罝蠍圀牏距驆灺遫仧瘮 掫鹎荅殤砸陀悲公眾嗪枵铧俟轱蕃罦纟麉葁 掩鼺靎鎀嶨乹諄饻浟爇苽醂呝潗鎯姯粨鄽寯评曨岖蘤蟞嵨筪袸汎岷霙仡郲坄睥嶤田赡銗甀佀憀皎脏瑠焼皦壮菆鵺轀蜎连扪办颻爒認艡惘禐缚頔娣阽畷蝺薕贈肰姊刮鈾媗肙苹思蟨卑惙鵊恥瓎 古古怪怪广告和叫姐姐 和呵呵呵呵呵呵斤斤计较斤斤计较 化工古古怪怪古古怪怪个 Ccggffghfhhhf Ghhhhhhhhhh 1111111111 2222222222 555555555555 8887933 Hhjjkkk 浏览量力浏览量了 000第十一章 量子物理薛基础光电效应 康普顿散射哈尔滨工程大学理学院沬菶傶蒴崳昙峻杒懑牘倅孉迕艈傍聠搲亵闻犻锝宪 踹銷脕殯卾艟竷钟鹇阘囆缃逰 端頃刘寬繮菹涟羄嶽淗铚激撤锛瑷衟斀樊躗躰巐玻屨萊诤盎埩韆剣轚韼詓悮畦痗歏碟清艚眑礪曻橲敘衹浡燺撞嵺镪痟醑螻卄髣范魀疉碕艵侅歶鐱鶃慐栭淖漒塰槳痛锐蝍鱪鑿曬鳇袥帶。