3-光电效应+康普顿散射.ppt

1、2维恩位移律,m = b/T,1. 斯特藩-玻耳兹曼定律,M(T)=T 4,上次课主要内容：,量子力学部分参考书：,周世勋 高等教育出版社,祝贺两位同学获校内物理竞赛奖,单位体积内波长在,的光子出现的概率:,范围内的光子的微观态数,温度为T时波长为,单位体积内波长在,范围内的光子数,cdt,dA,位于斜柱体内朝向dA面元运动,具有波长在,的光子数为,以dA为底的斜柱体在左半空间,可以做无数个，考虑了从各个,方向到达dA面元的光子后，,dt时间内通过dA面元的光子数为,乘以每个光子的能量,得到dt时间内通过dA面元的波长在,光子能量为,单位时间内从单位面积辐射的波长在,光子能量为,单色辐出度（单

2、色辐射本领）为,一.光的波粒二象性,1. 光具有波粒二象性,在有些情况下，光显示出波动性；,2. 基本关系式,粒子性：能量 ，动量P,波动性：波长 ，频率,而在另一些情况下，则显示出粒子性。,3.光子静止质量为零。,2.2 光电效应和光量子论,二. 光电效应的实验规律,1实验装置,2. 对光电效应的解释,加正向电压，形成光电流,无电压，仍有弱的光电流，,电子向阳极运动，才可能 使光电流为零.,作功 ，另一部分变成电子的动能,于是有:,称为爱因斯坦方程,正向电压增大， 光电流增大，最后达到饱和。,单位体积内光子平均数为,光电流正比于,即：,而光强为：,得到：,光电流正比于光强。,加反向电压,若,

3、称为红限频率,令,于是：,光电流为零。, 饱和光电流强度 Im 与入射光强成正比,光电效应是瞬时发生的,驰豫时间不超过10-9s,讨论：,1. 能否产生光电效应只与光的频率有关.,2. 光电流强度与入射光强成正比.,3. 此效应说明了光的量子特性.,讨论：,1. 能否产生光电效应只与光的频率有关.,2. 光电流强度与入射光强成正比.,3. 此效应说明了光的量子特性.,石墨体,X 射 线 谱 仪,2.3 康普顿散射,1. 康普顿研究X射线在石墨上的散射,石 墨 的 康 普 顿 效 应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,O,(a),(b),(c),(d),o

4、,相,对,强,度,（A）,0.700,0.750,波长,石 墨 的 康 普 顿 效 应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,., =0, =45,O,O,(a),(b),(c),(d),相,对,强,度,（A）,0.700,0.750,波长,石 墨 的 康 普 顿 效 应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,

5、 =0, =45, =90,O,O,O,(a),(b),(c),(d),相,对,强,度,（A）,0.700,0.750,波长,石 墨 的 康 普 顿 效 应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,., =0, =45, =90, =135,O,O,O,O,(a),(b),(c),(d),o

6、,相,对,强,度,（A）,0.700,0.750,波长,还出现一种波长大于0 的新的射线。,实验中发现：,质的波长改变都相同。,也随着增加；在同一散射角下，所有散射物,（2）当散射角 增加时，波长改变,（1）原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的,物质康普顿散射较弱；,散射光中除了和入射光波长0 相同的射线之外，,还发现：,2. 实验解释,e,X射线光子与“静止”的 “自由电子”弹性碰撞,碰撞过程中能量与动量守恒,电子的Compton波长,得到,波长偏移,3、康普顿散射实验的物理意义,说明光具有粒子性,2.4 玻尔的氢原子理论,一、玻尔理论的基本假设,1. 定态假设原子系统只存在一系,列不连

7、续的能量状态，其电子只能在一些特 殊的圆轨道中运动，在这些轨道中运动时不,辐射电磁波。这些状态称为定态，相应的能 量取不连续的量值 E1、E2、E3、.。,2. 频率假设原子从一个定态跃迁 到另一定态时，将辐射电磁波，,电磁波的频率:,3. 角动量量子化假设电子作圆轨道 运动时，角动量只能取分立值：,由牛顿定律:,(1),二、氢原子轨道半径和能量的计算,由角动量量子化假设:,(2),从上两式中消去v，得到第n个轨道的半径：,因为n只能取正整数，所以电子的轨道是不连续的， 称为轨道量子化。,以n=1代入上式得到氢原子最小轨道半径,),称为玻尔半径,),氢原子系统的能量等于这一带电系统的静电势能和

8、 电子的动能之和：,（）,根据,得到：,称为主量子数,称为基态能量,三、玻尔氢原子理论值和实验值的比较,由跃迁规则,根据,得到:,这里:,称为里德伯常数,(1)巴耳末线系:,(2)赖曼线系:,(3)帕邢线系:,n,氢原子光谱中的不同谱线,6562.79,4861.33,4340.47,4101.74,-13.6,-3.39,-1.51,-0.85,0,E,eV,1,2,3,4,8,n,=,n,=,n,=,巴耳末系,n,氢原子光谱中的不同谱线,6562.79,4861.33,4340.47,4101.74,1215.68,1025.83,972.54,-13.6,-3.39,-1.51,-0.85,0,E,eV,1,2,3,4,8,n,=,n,=,n,=,赖曼系,巴耳末系,n,氢原子光谱中的不同谱线,6562.79,4861.33,4340.47,4101.74,1215.68,1025.83,972.54,18.75,-13.6,-3.39,-1.51,-0.85,0,E,eV,1,2,3,4,8,n,=,n,=,n,=,赖曼系,巴耳末系,帕邢系,例1. 被激发到 n=3 的状态的氢原子气体发出的辐射中，有几条可见光谱线和几条非可见光谱线？,可见：有一条可见光谱线； 有二