章物理基礎(chǔ)光量子性

1一、光電效應(yīng)愛因斯坦方程（1）實(shí)驗(yàn)裝置光照射到金屬表面時(shí)，電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng).2（2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律飽和光電流強(qiáng)度

與入射光強(qiáng)成正比（不變）

當(dāng)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極K上逸出的光電子全部飛到了陽極上。

單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)和光強(qiáng)成正比瞬時(shí)性當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，幾乎立即就有光電子逸出.3

遏止電勢差遏止電勢差與入射光頻率具有線性關(guān)系，與光的強(qiáng)度無關(guān).只有當(dāng)入射光頻率大于一定的紅限頻率

時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)。4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)間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止.與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符.（3）經(jīng)典理論遇到的困難紅限問題瞬時(shí)性問題按經(jīng)典理論，無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.與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符.5光子愛因斯坦光電效應(yīng)方程（1）“光量子”假設(shè)光子的能量為（2）解釋實(shí)驗(yàn)愛因斯坦方程逸出功與材料有關(guān)對(duì)同一種金屬，

一定，，與光強(qiáng)無關(guān)幾種金屬的逸出功金屬鎢

鈣

鈉

鉀

銣

銫4.543.202.292.252.131.946逸出功愛因斯坦方程產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件（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)生光電子數(shù)目越多，光電流越大.（時(shí)）光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量將一次性被一個(gè)電子吸收，若，電子立即逸出，無需時(shí)間積累（瞬時(shí)性）.7（3）的測定愛因斯坦方程遏止電勢差和入射光頻率的關(guān)系8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、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等.光電倍增管放大器接控件機(jī)構(gòu)光光控繼電器示意圖9光的波粒二象性描述光的粒子性描述光的波動(dòng)性光子

相對(duì)論能量和動(dòng)量關(guān)系（2）粒子性：（和物質(zhì)相互作用時(shí)）（1）波動(dòng)性：光的干涉和衍射（傳播時(shí)）10例16.4已知一單色光源的功率P＝1W，光波波長589nm.在離光源距離為R＝3m處放一塊金屬板，求單位時(shí)間內(nèi)打到金屬板單位面積上的光子數(shù).解：單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬板單位面積上的光能量為

每個(gè)光子的能量為所以單位時(shí)間內(nèi)打到金屬板單位面積上的光子數(shù)為111922~1923年康普頓研究了X射線被較輕物質(zhì)(石墨、石蠟等)散射后光的成分，發(fā)現(xiàn)散射譜線中除了有波長與原波長相同的成分外，還有波長較長的成分.這種散射現(xiàn)象稱為康普頓散射或康普頓效應(yīng).二、康普頓效應(yīng)1.實(shí)驗(yàn)裝置122.實(shí)驗(yàn)結(jié)果在散射X射線中除有與入射波長相同的譜線外，還有波長比入射波長更長的譜線.波長的改變量隨散射角的增大而增加對(duì)于不同元素的散射物質(zhì)，在同一散射角下，波長的改變量相同13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.經(jīng)典理論無法解釋波長變化.3.經(jīng)典理論的困難14光子電子電子反沖速度很大，需用相對(duì)論力學(xué)來處理.（1）物理模型入射光子（X射線或射線）能量大.固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電子.4.量子解釋

電子熱運(yùn)動(dòng)能量，可近似為靜止電子.范圍為：電子光子15（2）理論分析能量守恒動(dòng)量守恒16康普頓波長康普頓散射公式17散射光波長的改變量僅與有關(guān)散射光子能量減小（3）結(jié)論18（4）討論（5）物理意義若則,可見光觀察不到康普頓效應(yīng).光子假設(shè)的正確性，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.與的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)，是光子與近自由電子間的相互作用.散射中的散射光是因光子與金屬中的緊束縛電子（原子核）的作用.19解：例16.6波長

的X射線與靜止的