光的量子理論課件

量子物理第1節(jié)普朗克能量子理論

QuantumTheoryof

Planck

能量量子化的概念是德國物理學(xué)家普朗克為解釋黑體輻射現(xiàn)象提出的。1700K1500K1300K

右圖為不同溫度下，黑體輻射能量與各種波長的關(guān)系圖。1經(jīng)典理論的解釋2.瑞利-瓊斯(Rayleigh-Jeans)

用能量均分定理、電磁理論得出：T=1646K只適于長波1.維恩(Wien)

根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)得出：——“紫外災(zāi)難”?！贿m于短波在黑體輻射研究中經(jīng)典物理失敗!實測瑞利-瓊斯維恩理論值23.普朗克黑體輻射公式在全波段與實驗結(jié)果驚人符合!

普朗克的能量子假說E=n=nh

n=1,2,3…...物體輻射或吸收能量E:(1)物體輻射的能量是分立值（能量不是連續(xù)的）

(2)存在著能量的最小單元：能量子

其中k,c

分別是玻爾茲曼常數(shù)和光速,T是黑體的絕對溫度。=h

h=6.626075510-34J·s

——普朗克常數(shù)19183第2節(jié)光電效應(yīng)

PhotoelectricEffectUG一、實驗簡述實驗裝置見右圖二、實驗規(guī)律(2)飽和光電流強度與入射光強度成正比。光電流隨U增加Ua312UIIS0(1)對一定光強，光電流強度I

隨電壓U增加。(3)I=0時

U=–Ua,

Ua

:

遏止電壓。4相同頻率不同入射光強度(5)光電子的初動能與入射光強度無關(guān)，而隨入射光的頻率線性增加。只有當(dāng)入射光頻率

大于一定的頻率

0（紅限頻率)時，才會產(chǎn)生光電效應(yīng)。(4)

遏止電壓的大小反映光電子初動能的大小,

光電子的最大初動能為：(6)光電效應(yīng)具有瞬時性，響應(yīng)速度很快,延遲時間不超過10-9s。

Ua312UIIS05

光波是連續(xù)傳播的，只要入射光有足夠的強度，任何頻率的入射光都應(yīng)產(chǎn)生光電效應(yīng)。三、經(jīng)典理論的解釋極其困難按照光的經(jīng)典電磁理論：

光電子的最大初動能應(yīng)決定與入射光的強度而不是頻率。

光電子需吸收一定的能量才能逸出金屬表面，(陰極電子積累能量克服逸出功需要一段時間)，光電效應(yīng)不可能瞬時發(fā)生！6第3節(jié)光子愛因斯坦光電方程

PhotonPhotoelectricEquation

愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論：

一束光,是一束以光速運動的粒子流,這些粒子稱為光量子(光子)。光的能量不是均勻地分布在波陣面上,而是集中在微粒上每個頻率為

的單個光子的能量為：

=h1921一、光子二、光子假說對光電效應(yīng)的解釋入射光強度越大,光子數(shù)越多,光子與電子相互作用的數(shù)目越多,逸出的光電子數(shù)目多

——飽和光電流與入射光強度成正比。7(3)當(dāng)光照射金屬時，電子吸收能量是一次性的，不需要能量積累,電子逸出是瞬間,無時間延遲。所以當(dāng)

＜A/h時，不發(fā)生光電效應(yīng)。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最小頻率——紅限頻率：(2)最大初動能與頻率成線性關(guān)系一個光子被一個電子所吸收，使電子獲得h

的能量，一部分用于脫離金屬表面,由能量守恒可得最大初動能：逸出功紅限波長——愛因斯坦的光電方程8實驗規(guī)律：散射光中除了有波長與入射光相同的成份外，還有波長大于原波長的成份。波長的變化量與散射角有關(guān),而與原波長和散射物質(zhì)無關(guān)。第4節(jié)

康普頓效應(yīng)

ComptonEffectX射線管石墨晶體檢測器入射光

o準(zhǔn)直系統(tǒng)散射光

一、康普頓效應(yīng)的實驗規(guī)律19279

實驗結(jié)果：(1)散射的光線中有與入射波長

0相同的射線,也有波長

>0的射線。(2)散射光波長的改變量

＝

－

o

隨散射角

的增加而增加。(3)對同一散射角

,

波長的增加量

相同,與散射物質(zhì)無關(guān)。(4)康普頓散射的強度與散射物質(zhì)有關(guān)。原子量小的散射物質(zhì)，康普頓散射(波強)較強，反之康普頓散射(波強)較弱。I

=0o

I

=45oI

=90oI

=135o

010

由于物質(zhì)中的外層電子的動能遠(yuǎn)小于入射光子的動能,碰撞前電子可以看作是靜止的。碰撞過程中,光子的一部分能量傳遞給電子，能量減小,頻率減小,因而波長增大。二、康普頓效應(yīng)的量子解釋X射線光子與“靜止”的“自由電子”彈性碰撞:碰撞前后系統(tǒng)的能量與動量守恒電子相對論質(zhì)量能量守恒動量守恒e

-散射的光子反沖電子入射光子11解得散射光子波長偏移可見:

與

0無關(guān)只與散射角

有關(guān),

,

。

所以X射線光子與束縛很緊的電子碰撞:

光子與內(nèi)層電子的碰撞可看作是與原子的碰撞。由于原子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于光子,碰撞過程中光子的能量幾乎不變,因而波長保持不變。——Compton波長12e

-散射的光子反沖電子入射光子例.波長為2.0?的X射線射到碳塊上,由于康普頓散射，波長改變0.04％，求：(1)該光子的散射角;

(2)使這個光子散射的反沖電子的能量。解：(1)由已知條件解出:(2)由能量守恒,反沖電子獲得的能量即光子損失的能量：電子13

第