大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程 下冊(cè) 教學(xué)課件 ppt 作者 施衛(wèi) 等 第十九章

1、第十九章光的量子性第一節(jié)黑體輻射普朗克量子假說(shuō)第二節(jié)光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)第三節(jié)光的波粒二象性1第一節(jié)黑體輻射普朗克量子假說(shuō)一、熱輻射絕對(duì)黑體輻射定律二、普朗克量子假設(shè)2一、熱輻射絕對(duì)黑體輻射定律1.斯忒藩-玻耳茲曼定律(Stefan-Boltzmann2.維恩位移定律(Wiens3.瑞利-金斯定律(Rayleigh-Jeans3一、熱輻射絕對(duì)黑體輻射定律圖19-1帶有小孔的空腔作為黑體的模型41.斯忒藩-玻耳茲曼定律(Stefan-Boltzmann52.維恩位移定律(Wiens圖19-2黑體輻射能量隨溫度和波長(zhǎng)的分布63.瑞利-金斯定律(Rayleigh-Jeans圖19-3黑體輻射能量分布

2、曲線7二、普朗克量子假設(shè)1.普朗克黑體輻射公式2.能量子假說(shuō)3.普朗克理論與經(jīng)典理論比較81.普朗克黑體輻射公式92.能量子假說(shuō)103.普朗克理論與經(jīng)典理論比較(1)經(jīng)典理論的基本觀點(diǎn)認(rèn)為：(2)普朗克能量子假設(shè)：11(1)經(jīng)典理論的基本觀點(diǎn)認(rèn)為：1)電磁波輻射來(lái)源于帶電粒子的振動(dòng)，電磁波頻率與帶電粒子振動(dòng)頻率相同。2)振子(帶電粒子)輻射電磁波含各種波長(zhǎng)，是連續(xù)的，輻射能量也是連續(xù)的。3)溫度升高，振子振動(dòng)加強(qiáng)，輻射能量加大。12(2)普朗克能量子假設(shè)：13第二節(jié)光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)一、光電效應(yīng)二、康普頓效應(yīng)14一、光電效應(yīng)1.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2.愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)和光電效應(yīng)方程3.光電效應(yīng)

3、的應(yīng)用151.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1)光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率成線性關(guān)系。2)只有當(dāng)入射光的頻率大于某一值0時(shí)，才能從金屬表面釋放電子。3)光電子能量只與光的頻率有關(guān)，而與光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，光的頻率越高，光電子的能量就越大。4)光電子的逸出，幾乎是在光照射到金屬表面上的同時(shí)發(fā)生，延遲時(shí)間在10-9s以下。16圖19-4光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖1719051819-06.19表19-1幾種金屬和半導(dǎo)體的紅限頻率和逸出功202.愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)和光電效應(yīng)方程1)光強(qiáng)度越大，光子數(shù)就越多，釋放的光電子也越多，因而飽和光電流也相應(yīng)增加。2)從光電效應(yīng)方程式(19-9)可見(jiàn)光電子的初動(dòng)能和照射光的頻率成線

4、性關(guān)系。3)從光電效應(yīng)方程式(19-9)中，當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí)，金屬表面將不再有光電子逸出，這時(shí)入射光的頻率就是紅限頻率04)只要入射光的頻率大于紅限頻率，光電子的逸出不需要時(shí)間累積。212.愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)和光電效應(yīng)方程圖19-7光子及光強(qiáng)度223.光電效應(yīng)的應(yīng)用19-8233.光電效應(yīng)的應(yīng)用19-0924二、康普頓效應(yīng)1.康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象2.康普頓效應(yīng)的解釋3.康普頓效應(yīng)的意義4.康普頓效應(yīng)與光電效應(yīng)的異同25二、康普頓效應(yīng)圖19-11康普頓散射示意圖26二、康普頓效應(yīng)圖19-12吳有訓(xùn)所作的15種元素的X射線散射光譜圖271.康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1)散射光中不僅有原入射波長(zhǎng)0，還有波

5、長(zhǎng)大于0的射線這就是康普頓效應(yīng)。2)在相對(duì)原子質(zhì)量小的散射物質(zhì)中，康普頓散射強(qiáng)度較強(qiáng)，如散射物質(zhì)為鈉Na，在相對(duì)原子質(zhì)量大的物質(zhì)中，康普頓散射強(qiáng)度較弱，如鐵Fe。3)散射光與入射光波長(zhǎng)的差值-0隨散射角而異，當(dāng)散射角增加，=-0增加。4)對(duì)同一散射角，所有散射物質(zhì)的波長(zhǎng)改變量=-0相同。282.康普頓效應(yīng)的解釋圖19-13光子與自由電子的碰撞293.康普頓效應(yīng)的意義1)證明了光子假設(shè)的正確性。2)證明了光子動(dòng)量、能量表達(dá)式的正確性。3)證明了在光子與電子的相互作用過(guò)程中，動(dòng)量和能量依然守恒。304.康普頓效應(yīng)與光電效應(yīng)的異同康普頓效應(yīng)與光電效應(yīng)都涉及光子與電子的相互作用。光電效應(yīng)中，入射光為可

6、見(jiàn)光或紫外線，其光子能量為eV數(shù)量級(jí)，與原子中電子的束縛能相差不遠(yuǎn)，光子能量全部交給電子使之逸出，并具有初動(dòng)能。光電效應(yīng)證實(shí)了此過(guò)程服從能量守恒定律。在康普頓效應(yīng)中，入射光為X射線或射線，光子能量為10eV數(shù)量級(jí)甚至更高，遠(yuǎn)大于散射物質(zhì)中電子的束縛能，原子中的外層的電子可視為自由電子，光子能量只被自由電子吸收了一部分并發(fā)生散射。康普頓效應(yīng)證實(shí)了此過(guò)程可視為彈性碰撞過(guò)程，能量、動(dòng)量均守恒，更有力地證實(shí)了光的粒子性。31第三節(jié)光的波粒二象性在19世紀(jì)，通過(guò)光的干涉、衍射等實(shí)驗(yàn)，人們已認(rèn)識(shí)到光是一種波動(dòng)電磁波，并建立了光的電磁理論麥克斯韋理論。進(jìn)入20世紀(jì)，從愛(ài)因斯坦起，人們又認(rèn)識(shí)到光是粒子流光子流。綜合起來(lái)，關(guān)于光的本性的全面認(rèn)識(shí)就是：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性