1、University PhysicsXian Jiaotong UniversityZhongfeng Xu12 / 01 / 2015 三. 經典物理的解釋及普朗克公式MB瑞利 金斯公式(1900年)經典電磁理論和能量均分定理維恩公式(1896年)(熱力學和麥克斯韋分布率) 普朗克公式(1900年)（熱力學方法）實驗曲線普朗克常數： h = 6.62610-34 Js 為得到這一公式，普朗克提出了能量量子化假設。電磁波四.普朗克能量子假設 若諧振子頻率為 v ，則其能量是hv , 2hv, 3hv , , nhv , 首次提出微觀粒子的能量是量子化的，打破了經典物理學中能量連續(xù)的觀念。普朗克

2、常數 h = 6.62610-34 Js 腔壁上的原子(諧振子)能量與腔內電磁場交換能量時，諧振子能量的變化是 hv (能量子) 的整數倍.說明（絕望地、不惜任何代價地）打開了人們認識微觀世界的大門,在物理學發(fā)展史上起了劃時代的作用。伏安特性曲線一. 光電效應的實驗規(guī)律飽和電流 iS 遏止電壓 Ua iS :單位時間 陰極產生的光電子數 I（I, v)AKU16.2 光電效應 愛因斯坦光子假說iS3iS1iS2I1I2I3-UaUiI1I2I3Ua光電子最大初動能和 成線性關系遏止電壓與頻率關系曲線和v 成線性關系i(實驗裝置)0A截止頻率 0即時發(fā)射:遲滯時間不超過 10-9 秒二. 經典物

3、理與實驗規(guī)律的矛盾 電子在電磁波作用下作受迫振動，直到獲得足夠能量(與 光強 I 有關) 逸出，不應存在紅限 0 。當光強很小時，電子要逸出，必須經較長時間的能量積累。 只有光的頻率 0 時，電子才會逸出。 逸出光電子的多少取決于光強 I 。 光電子即時發(fā)射，滯后時間不超過 109 秒?？偨Y 光電子最大初動能和光頻率 成線性關系。 光電子最大初動能取決于光強，和光的頻率 無關。三. 愛因斯坦光子假說 光電效應方程 光是光子流 ，每一光子能量為 h ，電子吸收一個光子A 為逸出功 單位時間到達單位垂直面積的光子數為N，則光強 I = Nh . I 越強 , 到陰極的光子越多, 則逸出的光電子越多

4、。 電子吸收一個光子即可逸出，不需要長時間的能量積累。 光頻率 A/h 時，電子吸收一個光子即可克服逸出功 A 逸出 ( o= A/h) 。結論 光電子最大初動能和光頻率 成線性關系。 討論：多光子吸收?一銅球用絕緣線懸掛于真空中，被波長為 =150 nm 的光照射。已知銅的逸出功為 4.5eV 。銅球失去電子后帶正電，電勢升高，使束縛電子的勢壘也升高，設銅球表面的電勢為U ，逸出電子的速度為v ，銅的逸出功為A，愛因斯坦光電效應方程為逸出電子的最大動能為零時，銅球電勢達最高U max，有解例銅球因失去電子而能達到的最高電勢。求圖為某種金屬的光電效應實驗曲線。試根據圖中所給數據求出普朗克常量和

5、該金屬材料的逸出功。例解 由愛因斯坦光電效應方程該金屬材料的逸出功為光子動量四. 光的波粒二象性光子能量光子質量粒子性波動性五. 光電效應的應用 光電管: 光電開關, 紅外成像儀,光電傳感器等光電倍增管: (微光)夜視儀測量波長在 2001200 nm 極微弱光的功率光電倍增管0 散射線中有兩種波長 0 和 ，且 D = -0 隨散射角 的增大而增大。探測器016. 3 康普頓效應一. 實驗規(guī)律X 光管光闌散射物體(實驗裝置) 散射物體不同，0 和 的強度比不同。輕物質 的強度較大。l0二. 經典物理的解釋經典理論只能說明波長不變的散射，而不能說明康普頓散射電子受迫振動同頻率散射線發(fā)射 單色電

6、磁波受迫振動v0照射散射物體三. 光子理論解釋1. 入射光子與原子外層電子彈性碰撞 外層電子受原子核束縛較弱動能光子能量 近似自由近似靜止靜止、自由的電子不足1MeV 近百MeV能量、動量守恒康普頓波長兩邊平方 兩式相減 2. X 射線光子和原子內層電子相互作用內層電子被緊束縛，光子相當于和整個原子發(fā)生碰撞。00原子光子質量遠小于原子，碰撞時光子不損失能量，波長不變。光子內層電子外層電子波長變大的散射線波長不變的散射線(1) 波長變化 結論(2) 強度變化 波長 0 輕物質（多數電子處于弱束縛狀態(tài) ）弱強重物質（多數電子處于強束縛狀態(tài) ）強弱吳有訓實驗結果入射波散射波0 = 0.02nm 的X射線與靜止的自由電子碰撞, 若從與入