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第1节 光电效应 引子 19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。 普朗克 普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。 1918年他荣获诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的姓名和 能量子假说 辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。 光电效应 1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一充负电的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后，因为1897年，J.Thomson才发现电子 ，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？ 光电效应现象 当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。 光电效应的实验规律 极限频率 每种金属材料，都相应的有一确定的最小频率 当入射光频率大于极限频率时，才会不发生光电效应 当入射光频率小于极限频率时，无论光强多大也会不发生光电效应 光电流与光强的关系 饱和光电流强度与入射光强度成正比，即发生光电效应时光强越大，单位时间内逸出的电子数越多。 光电效应是几乎是瞬时的 从光开始照射到光电逸出所需时间 t 10-9s。 光电效应的理论解释 经典电磁理论的困难 经典认为，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么极限频率。 而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。 光电效应的理论解释 爱因斯坦光子说 光不仅在发射和吸收时以能量为hν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为的光是由大量能量为 E = hν 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。 光电效应方程 逸出功 W 最大初动能 mv2/2 光电效应的理论解释 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。 3. 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。 4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率。 光电效应理论的验证 美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。 光电效应的应用 光电管 光电成像 光电池 第2节 康普顿效应 光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射 康普顿效应 1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。 经典电磁波理论的困难 根据电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，射光频率应等于入射光频率。 无法解释波长改变和散射角的关系。 光子说对康普顿效应的解释 康普顿效应是光子和电子弹性碰撞的结果 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。 康普顿散射实验的意义 有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设 首次在实验上证实了“光子具有动量” 的假设； 证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。 第3节 波粒二象性 德布罗意 法国物理学家，1929