黑體輻射、 普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)ppt課件

1、（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)1 量子概念是量子概念是 1900 1900 年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史. .其間，經(jīng)其間，經(jīng)過(guò)愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的過(guò)愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努力，到創(chuàng)新努力，到 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 30 30 年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論. .量子力學(xué)量子力學(xué)宏觀領(lǐng)域宏觀領(lǐng)域現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)量

2、子力學(xué)相量子力學(xué)相 對(duì)對(duì) 論論量子力學(xué)量子力學(xué)微觀世界的理論微觀世界的理論起源于對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)起源于對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律規(guī)律舊理論舊理論解釋的解釋的困難困難新理論新理論基本流程基本流程（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)3 （1 1）熱輻射）熱輻射 實(shí)驗(yàn)證明不同溫度下物體能發(fā)出實(shí)驗(yàn)證明不同溫度下物體能發(fā)出不同的電磁波，這種能量按頻率的分布隨溫度而不同不同的電磁波，這種能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射叫做熱輻射的電磁輻射

3、叫做熱輻射. . （2 2）單色輻射出射度）單色輻射出射度 單位時(shí)間內(nèi)從物體單位表面積發(fā)出的頻率在單位時(shí)間內(nèi)從物體單位表面積發(fā)出的頻率在 附近單位附近單位頻率區(qū)間（或波長(zhǎng)在頻率區(qū)間（或波長(zhǎng)在 附近單位波長(zhǎng)區(qū)間）的電磁波的能量附近單位波長(zhǎng)區(qū)間）的電磁波的能量 . .單色輻射出射度單色輻射出射度 單位：?jiǎn)挝唬?(TM3W/m單色輻射出射度單色輻射出射度 單位：?jiǎn)挝唬篐z)W/(m2)(TM1 1、黑體、黑體輻射、黑體、黑體輻射一、一、 黑體輻射和普朗克能量子假設(shè)黑體輻射和普朗克能量子假設(shè) （46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)4（3 3）輻

4、射出射度）輻射出射度 （輻出度）（輻出度） 物體表面單位時(shí)間、單位物體表面單位時(shí)間、單位面積上所輻射出的各種波長(zhǎng)的面積上所輻射出的各種波長(zhǎng)的電磁波的能量總和電磁波的能量總和. .0 2 4 6 8 10 12Hz10/14鎢絲和太陽(yáng)的單色輻出度曲線鎢絲和太陽(yáng)的單色輻出度曲線21210468)HzW/(m10)(28TM太陽(yáng)太陽(yáng)可見光區(qū)可見光區(qū) 鎢絲（鎢絲（58005800K K） 太陽(yáng)太陽(yáng)（58005800K K）)HzW/(m10)(29TM鎢絲鎢絲0d)()(TMTM單色輻射出射度單色輻射出射度（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)

5、5實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明 輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng)輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng). . （4 4）黑體）黑體 能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁輻射的物體稱為黑體能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁輻射的物體稱為黑體 . .（黑體是理想模型）（黑體是理想模型）（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)6T1Ls 會(huì)聚透鏡會(huì)聚透鏡2Lc空腔空腔小孔小孔平行光管平行光管棱鏡棱鏡熱電偶熱電偶測(cè)量黑體輻射出射度實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量黑體輻射出射度實(shí)驗(yàn)裝置（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康

6、普頓效應(yīng)70 1000 20001.00.5 )mW10/()(314TMnm/黑體輻射規(guī)律黑體輻射規(guī)律可見光區(qū)可見光區(qū)30003000K K60006000K K（1 1）斯特藩）斯特藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律40d)()(TTMTM428KmW10670. 5斯特藩斯特藩玻爾茲曼常量玻爾茲曼常量曲線下的總面積就是輔出度曲線下的總面積就是輔出度斯特藩斯特藩 玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律維恩位移定律維恩位移定律（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)80 1000 20001.00.5 )mW10/()(314TMnm/30003000K K

7、60006000K K（2）維恩位移定律）維恩位移定律bT mKm10898. 23b常量常量峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)m曲線的極大值對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)曲線的極大值對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng) 表示這種表示這種波長(zhǎng)的電磁波能量比例最大波長(zhǎng)的電磁波能量比例最大m 當(dāng)絕對(duì)黑體的溫度升高時(shí)，單色輻射出射度當(dāng)絕對(duì)黑體的溫度升高時(shí)，單色輻射出射度最大值向短波方向移動(dòng)。最大值向短波方向移動(dòng)。（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)9nm9890nm29310898.23mTbK1046.4K105 .610898.2373mbT441037.5)()() (TTTMTM 例例1 1 （

8、1 1）溫度為室溫）溫度為室溫 的黑體，其單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是多的黑體，其單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是多少？（少？（2 2）若使一黑體單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅色譜線范圍內(nèi)，其溫度）若使一黑體單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅色譜線范圍內(nèi)，其溫度應(yīng)為多少？（應(yīng)為多少？（3 3）以上兩輻出度之比為多少？）以上兩輻出度之比為多少？)C20(解解nm650m（2 2）?。┤。? 1）由維恩位移定律）由維恩位移定律（3 3）由）由斯特藩斯特藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)10K6000K10483

9、10898.293mbT 例例2 2 太陽(yáng)的單色輻出度的峰值波長(zhǎng)太陽(yáng)的單色輻出度的峰值波長(zhǎng) ，試由此估算太陽(yáng)表面的溫度試由此估算太陽(yáng)表面的溫度. .nm483m解解由維恩位移定律由維恩位移定律 對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫度也可用對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫度也可用這種方法進(jìn)行推測(cè)這種方法進(jìn)行推測(cè)（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)11)HzW/(m10)(29TM0 1 2 3 6Hz10/14123 45瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線k2000T*2、黑體輻射的瑞利、黑體輻射的瑞利金斯公式金斯公式 經(jīng)典物理的困

10、難經(jīng)典物理的困難kTcTM222)(瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)123 3、普朗克能量子假設(shè)、普朗克能量子假設(shè) （1900 1900 年）年）sJ106260755. 634h普朗克常量普朗克常量 h1h2h3h4h5h61ed2d)(/32kThchTM普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式(1)黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波，并和周圍的電磁場(chǎng)交換能量。，并和周圍的電磁場(chǎng)交換能量。(2) 這些諧振子能量不能連續(xù)變化這些諧

11、振子能量不能連續(xù)變化,只能取一些分立值只能取一些分立值,是最小能量是最小能量 的整數(shù)倍的整數(shù)倍,這個(gè)最小能量稱為能量子。這個(gè)最小能量稱為能量子。 h 經(jīng)典經(jīng)典能量能量量子量子（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)130 1 2 3 6Hz10/14)HzW/(m10)(29TM瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式123 45k2000T普朗克公式的理論曲線普朗克公式的理論曲線實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值*（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)14M.V.普朗克普朗克 研究輻射的量子理論研究輻射的量

12、子理論,發(fā)現(xiàn)基本量子，提出能量量發(fā)現(xiàn)基本量子，提出能量量子化的假設(shè)子化的假設(shè)（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)15 普朗克（普朗克（1858-1947）（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)16普朗克量子假說(shuō)普朗克量子假說(shuō)（19001900年年1212月月1414日，柏林，德意志科學(xué)院）日，柏林，德意志科學(xué)院）（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)171 1、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律VA（1）實(shí)驗(yàn)裝置）實(shí)

13、驗(yàn)裝置二、光電效應(yīng)、光的波粒二象性二、光電效應(yīng)、光的波粒二象性 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光照射到金屬表面時(shí)，有電子從金屬表面光照射到金屬表面時(shí)，有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。逸出的現(xiàn)象。光電子光電子 逸出的電子。逸出的電子。光電子由光電子由K飛向飛向A，回路中形成，回路中形成光電流光電流。（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)18光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)伏安特性曲線飽飽和和電電流流光光 強(qiáng)強(qiáng) 較較 強(qiáng)強(qiáng)光光 強(qiáng)強(qiáng) 較較 弱弱截截止止電電壓壓IaU1sI2sIOU1）單位時(shí)間內(nèi)從陰極逸出的光電子數(shù)與）單位時(shí)間內(nèi)從陰極逸出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)

14、度成正比。入射光的強(qiáng)度成正比。2）存在截止電壓，）存在截止電壓，說(shuō)明光電子具有初動(dòng)說(shuō)明光電子具有初動(dòng)能，且能，且遏止電勢(shì)差與入射光頻率具有線性遏止電勢(shì)差與入射光頻率具有線性關(guān)系關(guān)系ameUmv 2210UkUa （2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律）實(shí)驗(yàn)規(guī)律.aU0CsKCu（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)19kU0 稱稱為為紅紅限限頻頻率率kU00 0212 mmv0221eUem 光電子初動(dòng)能和入射光頻率成正比，與入射光光強(qiáng)無(wú)關(guān)光電子初動(dòng)能和入射光頻率成正比，與入射光光強(qiáng)無(wú)關(guān)aU O0U0aU0CsKCu遏止電勢(shì)差與入射光頻率具有線性關(guān)系遏止電勢(shì)差

15、與入射光頻率具有線性關(guān)系ameUmv 2210UkUa （46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)204) 光電效應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)性質(zhì)光電效應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論光強(qiáng)如何微弱，從光照射到光實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論光強(qiáng)如何微弱，從光照射到光電子出現(xiàn)不超過(guò)電子出現(xiàn)不超過(guò) 的時(shí)間。的時(shí)間。s910 光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無(wú)需時(shí)間的累積光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無(wú)需時(shí)間的累積3）對(duì)于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于金屬的）對(duì)于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于金屬的紅限頻率紅限頻率，則無(wú)論光的強(qiáng)度如何，都，則無(wú)論光的強(qiáng)度如何，都不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)。不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)。 幾種純金屬幾種

16、純金屬的截止頻率的截止頻率金屬金屬截止頻率截止頻率Hz10/1404.5455.508.06511.53銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銥銥 鉑鉑 19.29截止頻率與材料有關(guān)與光強(qiáng)無(wú)關(guān)截止頻率與材料有關(guān)與光強(qiáng)無(wú)關(guān) （46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)21按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時(shí)間來(lái)積累，一直積累到足按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時(shí)間來(lái)積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止以使電子逸出金屬表面為止. .與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符 . .2 2、經(jīng)典理論遇到的困難、經(jīng)典理論遇到的困難 紅限問(wèn)題紅限問(wèn)題

17、 瞬時(shí)性問(wèn)題瞬時(shí)性問(wèn)題按經(jīng)典理論，光電子的初動(dòng)能應(yīng)決定于入射光的光強(qiáng)，而不決定于光的頻率。按經(jīng)典理論，光電子的初動(dòng)能應(yīng)決定于入射光的光強(qiáng)，而不決定于光的頻率。無(wú)無(wú)論何種頻率的入射光論何種頻率的入射光, ,只要其強(qiáng)度足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬只要其強(qiáng)度足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬 . .與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符. . （46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)22因?yàn)椋阂驗(yàn)椋河捎诠庾铀俣群銥橛捎诠庾铀俣群銥?c ，所以光子的，所以光子的“靜止質(zhì)量靜止質(zhì)量”為零為零.22chcm 2201cmm chmcp h h

18、光是以光速光是以光速 c 運(yùn)動(dòng)的微粒流，稱為光量子（光子）。運(yùn)動(dòng)的微粒流，稱為光量子（光子）。3、愛因斯坦光子假說(shuō)、愛因斯坦光子假說(shuō)光的波粒二象性光的波粒二象性（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)23光子光子 愛因斯坦方程愛因斯坦方程（1） “光量子光量子”假設(shè)假設(shè)h光子的能量為光子的能量為（2） 解釋實(shí)驗(yàn)解釋實(shí)驗(yàn)幾種金屬的逸出功幾種金屬的逸出功金屬金屬鈉鈉 鋁鋁 鋅鋅 銅銅 銀銀 鉑鉑2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35eV/W愛因斯坦方程愛因斯坦方程Amh221v 逸出功與材料逸出功與材料有關(guān)有關(guān) 對(duì)同一種金

19、屬，對(duì)同一種金屬， 一定，一定， ，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)kEA（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)24 逸出功逸出功0hA愛因斯坦方程愛因斯坦方程Amh221vhA0產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件（截止頻率）（截止頻率） 光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電 子數(shù)目越多，光電流越大子數(shù)目越多，光電流越大.（ 時(shí)）時(shí)）0 光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量 將一將一 次性被一個(gè)電子吸收，若次性被一個(gè)電子吸收，若 ，電子立即逸出，電子立即

20、逸出， 無(wú)需時(shí)間積累（瞬時(shí)性）無(wú)需時(shí)間積累（瞬時(shí)性）.h0（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)25AeUhaeAehUaehUaeUha（3） 的測(cè)定的測(cè)定h愛因斯坦方程愛因斯坦方程Amh221vaU0截止電壓和入射光截止電壓和入射光頻率的關(guān)系頻率的關(guān)系（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)26例例 在鋁中移出一個(gè)電子需要在鋁中移出一個(gè)電子需要4.2eV的能量，波長(zhǎng)為的能量，波長(zhǎng)為200nm的光射到其表面，求：的光射到其表面，求：1、光電子的最大動(dòng)能、光電子的最大動(dòng)能2、遏制電

21、壓、遏制電壓3、鋁的截止波長(zhǎng)、鋁的截止波長(zhǎng)解：解：eV2 AhcAhEk AkeV412 .hcAhcAh /V2,eEUeUEkaakAEhk Ahc A2960min Ahc （46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)27光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光控繼電器、自動(dòng)控制、光控繼電器、自動(dòng)控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等. .光電倍增管光電倍增管放大器放大器接控件機(jī)構(gòu)接控件機(jī)構(gòu)光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普

22、頓效應(yīng)28A.愛因斯坦愛因斯坦 對(duì)現(xiàn)物理方面的貢獻(xiàn)，特別是闡明光電效對(duì)現(xiàn)物理方面的貢獻(xiàn)，特別是闡明光電效應(yīng)的定律應(yīng)的定律1921諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)29愛因斯坦提出光量子概念愛因斯坦提出光量子概念 （19051905年）年）（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)30X 射線管射線管R光闌光闌1B2B0 石墨體（散射物）石墨體（散射物） A晶體晶體探測(cè)器探測(cè)器 1920 1920年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在觀察年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在觀察X

23、 X射線被物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中含有波長(zhǎng)射線被物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中含有波長(zhǎng)發(fā)生變化了的成分發(fā)生變化了的成分. .（1 1）實(shí)驗(yàn)裝置）實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)A A的方位，可使不同方向的散射光進(jìn)入光的方位，可使不同方向的散射光進(jìn)入光譜儀。譜儀。三、康普頓效應(yīng)三、康普頓效應(yīng) （46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)31 1920 1920年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在觀察年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在觀察X X射線被物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中含有波長(zhǎng)射線被物質(zhì)散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中含有波長(zhǎng)發(fā)生變化了的成分發(fā)生變化了的成分. .實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置（46）黑體、普朗

24、克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)32 經(jīng)典電磁理論預(yù)言，散射輻射具有經(jīng)典電磁理論預(yù)言，散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率和入射輻射一樣的頻率 . 經(jīng)典理論無(wú)法經(jīng)典理論無(wú)法解釋波長(zhǎng)變化解釋波長(zhǎng)變化 .（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果）實(shí)驗(yàn)結(jié)果04590135（相對(duì)強(qiáng)度）（相對(duì)強(qiáng)度）（波長(zhǎng)）（波長(zhǎng)）I00 在散射在散射X X 射線中除有與入射波長(zhǎng)相同射線中除有與入射波長(zhǎng)相同的射線外，還有波長(zhǎng)比入射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射的射線外，還有波長(zhǎng)比入射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線線 .2 2、經(jīng)典理論的困難、經(jīng)典理論的困難（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)

25、、康普頓效應(yīng)33000vxy光子光子電子電子 電子反沖速度很大，需用相對(duì)論力學(xué)來(lái)處理電子反沖速度很大，需用相對(duì)論力學(xué)來(lái)處理. .（1 1）物理模型）物理模型 入射光子（入射光子（ X 射線或射線或 射線）能量大射線）能量大 . . 固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電子固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電子. . 3 3、量子解釋、量子解釋xy電子電子光子光子 電子熱運(yùn)動(dòng)能量電子熱運(yùn)動(dòng)能量 ，可近似為靜止電子，可近似為靜止電子. . heV101054hE 范圍為：范圍為：（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)34cos22022222

26、20222chchchmv（2）理論分析）理論分析xy00echechvme0e2200mchcmhv能量守恒能量守恒vmechech00動(dòng)量守恒動(dòng)量守恒)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)35 康普頓波長(zhǎng)康普頓波長(zhǎng) nm1043. 2m1043. 23120Ccmh)cos1 (00cmhcc)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv2/ 1220)/1 (cmmv2sin2)cos1 (200cmhcmh 康普頓公式康普頓公式

27、0（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)36 散射光波長(zhǎng)的改變量散射光波長(zhǎng)的改變量 僅與僅與 有關(guān)有關(guān)0, 0Cmax2)(, 散射光子能量減小散射光子能量減小00,)cos1 ()cos1 (C0cmh康普頓公式康普頓公式（3）結(jié)論）結(jié)論xy00echechvme0e（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)37（4）討論）討論（5）物理意義）物理意義 若若 則則 ,可見光觀察不到康普頓效應(yīng)可見光觀察不到康普頓效應(yīng).C00 光子假設(shè)的正確性，狹義相對(duì)論力學(xué)的正確性光子假設(shè)的正確性，

28、狹義相對(duì)論力學(xué)的正確性 . 微觀粒子也遵守能量守恒和動(dòng)量守恒定律微觀粒子也遵守能量守恒和動(dòng)量守恒定律. 與與 的關(guān)系與物質(zhì)無(wú)關(guān)，是光子與近自由電子的關(guān)系與物質(zhì)無(wú)關(guān)，是光子與近自由電子間的相互作用間的相互作用. 散射中散射中 的散射光是因光子與金屬中的緊束縛的散射光是因光子與金屬中的緊束縛0電子（原子核）的作用電子（原子核）的作用.)cos1 ()cos1 (C0cmh康普頓公式康普頓公式（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)381927諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)A.H.康普頓康普頓 發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了X射線通過(guò)物質(zhì)散射時(shí)，波長(zhǎng)發(fā)生射線通過(guò)物

29、質(zhì)散射時(shí)，波長(zhǎng)發(fā)生變化的現(xiàn)象變化的現(xiàn)象 X射線經(jīng)過(guò)射線經(jīng)過(guò)金屬、石墨金屬、石墨 等等物質(zhì)，物質(zhì)，發(fā)生發(fā)生波長(zhǎng)改變的波長(zhǎng)改變的 散射稱康普頓效應(yīng)。散射稱康普頓效應(yīng)。康普頓效應(yīng)是說(shuō)明光的粒子性的另一個(gè)重康普頓效應(yīng)是說(shuō)明光的粒子性的另一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)。要的實(shí)驗(yàn)。（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)39康康普普頓頓散散射射實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)【課外課外】我國(guó)科學(xué)家吳有訓(xùn)我國(guó)科學(xué)家吳有訓(xùn) 博士在博士在這項(xiàng)工作中這項(xiàng)工作中 作出過(guò)杰出貢作出過(guò)杰出貢獻(xiàn)。獻(xiàn)。（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)40改變波長(zhǎng)的散射改變波長(zhǎng)的散射康普頓散射康普頓散射康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)散射散射X射線的波長(zhǎng)中有兩個(gè)峰值射線的波長(zhǎng)中有兩個(gè)峰值0和和 0且且0與散射角與散射角 有關(guān)有關(guān)散射光中除了和入射光波長(zhǎng)散射光中除了和入射光波長(zhǎng) 相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長(zhǎng)相同的射線之外，還出現(xiàn)一種波長(zhǎng) 大于大于 的新的新的射線的射線00（46）黑體、普朗克能量子假設(shè)、黑體、普朗克能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)41 【課外課外】 我國(guó)物理學(xué)家吳有訓(xùn)在