1.2-光的波粒二象性-2.pptx

1主讲：朱祥荣湖州师范学院理学院第一章绪论光的波粒二象性

2.光电效应光照射到金属上，使金属中的电子逸出的现象，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为“光电子”。光电效应中电流和电压关系赫兹：1886—1887勒纳德：1889UGAK实验装置G：测量光电流U：测量AK电压UAKIs2Is1Ua1.I随着增加而增大，直至达到某一饱和电流，与光照强度成正比。?2§1.2光的波粒二象性

从实验中归纳出的实验规律（1）对某一种金属来说，只有当光的频率大于某一值时，才有光电子产生。如果光的频率低于这个值，则不论光的强度多大，照射时间多长，都没有光电子产生。该频率一般与金属的材料有关，常称为临界频率，或红限。3§1.2光的波粒二象性（2）光子的能量只与频率有关，与光的强度没有关系，光的强度只影响光电子的数目，光强度增大时光子数目增多，同时产生的饱和电流也增大。（3）在一定频率下，电流随外加电压增大而增大，直到电流增大到某一值不再变化；在电流为零时，存在一个反向电压，称为截止电压（4）光电效应的弛豫时间非常短，只要辐照光的频率在截止频率之上，则无论光强有多弱，光子也能在10-9秒内逸出。

爱因斯坦对光电效应的解释光子的能量光子的动量在Planck能量子假设的启发下，爱因斯坦提出“光量子”的概念，他认为，不仅黑体与辐射场的能量交换是量子化的，而且辐射（光）是由一颗颗具有一定能量的粒子组成的粒子流，这些粒子称为光子（光量子）。4§1.2光的波粒二象性光电效应的这些规律是经典理论无法解释的：按照光的电磁理论，光的能量只决定于光的强度而与频率无关；经典理论认为光能量分布在波面上，吸收能量需要时间。Planck-Einstein公式

（光电效应方程）当or无电子逸出当or有电子逸出电子的逸出功（——临界频率）在的条件下，当光强越强，光子密度大，产生电子数越多，所以越大；逸出电子的能量仅与入射光的频率有关。逸出电子的能量：5§1.2光的波粒二象性

1916年，密立根实验证实了光子论的正确性，并测得h=6.57×10-34焦耳?秒。光的波动性和粒子性是通过普朗克常数联系在一起的。Einstein因发现光电效应定律获得了1923年的诺贝尔物理学奖。注：利用光量子的概念很好地解释了光电效应，可见光电效应体现了光的粒子性。6§1.2光的波粒二象性

3.康普顿散射(1922—1923)1923年，美国物理学家Compton用X射线入射到碳、石墨等原子质量很轻的靶上，进行光散射实验。准直系统入射光λ0散射光λ探测器石墨散射体θCompton散射是对光的粒子性的进一步证实。7§1.2光的波粒二象性

8康普顿散射实验§1.2光的波粒二象性

9散射实验结果1.散射的射线中有与入射波长相同的射线，也有波长的射线.2.散射线中波长的改变量随散射角的增大而增大，即射线被轻元素中的电子散射后，其波长随散射角的增加而增大。反冲电子称为电子的康普顿波长§1.2光的波粒二象性

10（2）康普顿的解释：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（1）经典电磁理论的困难：碰撞前X射线光子的能量（104～105eV）电子的能量反冲电子§1.2光的波粒二象性

11能量守恒：动量守恒：消除与散射波的波长随散射角的增加而增大，与实验结果完全符合。§1.2光的波粒二象性

1923年威尔逊云室实验观测到了反冲电子轨迹；验证了康普顿解释。康普顿和威尔逊合得1927年诺贝尔物理学奖康普顿散射实验的意义:康普顿散射进一步证实了光子论(光的量子性），证明了光子能量、动量表示式的正确性，光确实具有波粒二象性。另外证明了在光电相互作用的过程中严格遵守能量、动量守恒定律。12§1.2光的波粒二象性