大学物理简明教程下册教学课件第十九章.ppt

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1、第十九章光的量子性,第一节黑体辐射普朗克量子假说第二节光电效应与康普顿效应第三节光的波粒二象性,第十九章光的量子性第一节黑体辐射普朗克量子假说第二节,第一节黑体辐射普朗克量子假说,一、热辐射绝对黑体辐射定律二、普朗克量子假设,第一节黑体辐射普朗克量子假说一、热辐射绝对黑体辐射定律,一、热辐射绝对黑体辐射定律,1.斯忒藩-玻耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann2.维恩位移定律(Wiens3.瑞利-金斯定律(Rayleigh-Jeans,一、热辐射绝对黑体辐射定律1.斯忒藩-玻耳兹曼定律(Ste,一、热辐射绝对黑体辐射定律,图19-1带有小孔的空腔作为黑体的模型,一、热辐射绝对黑体辐射定律

2、图19-1带有小孔的空腔作为,1.斯忒藩-玻耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann,1.斯忒藩-玻耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann,2.维恩位移定律(Wiens,图19-2黑体辐射能量随温度和波长的分布,2.维恩位移定律(Wiens图19-2黑体辐射能量随温,3.瑞利-金斯定律(Rayleigh-Jeans,图19-3黑体辐射能量分布曲线,3.瑞利-金斯定律(Rayleigh-Jeans图19-3,二、普朗克量子假设,1.普朗克黑体辐射公式2.能量子假说3.普朗克理论与经典理论比较,二、普朗克量子假设1.普朗克黑体辐射公式2.能量子假说3,1.普朗克黑体辐射公式,1.普朗克黑

3、体辐射公式,2.能量子假说,2.能量子假说,3.普朗克理论与经典理论比较,(1)经典理论的基本观点认为：(2)普朗克能量子假设：,3.普朗克理论与经典理论比较(1)经典理论的基本观点认为：,(1)经典理论的基本观点认为：,1)电磁波辐射来源于带电粒子的振动，电磁波频率与带电粒子振动频率相同。2)振子(带电粒子)辐射电磁波含各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。3)温度升高，振子振动加强，辐射能量加大。,(1)经典理论的基本观点认为：1)电磁波辐射来源于带电粒子的,(2)普朗克能量子假设：,(2)普朗克能量子假设：,第二节光电效应与康普顿效应,一、光电效应二、康普顿效应,第二节光电效应与康普顿

4、效应一、光电效应二、康普顿效应,一、光电效应,1.光电效应的实验规律2.爱因斯坦光子假说和光电效应方程3.光电效应的应用,一、光电效应1.光电效应的实验规律2.爱因斯坦光子假说和光,1.光电效应的实验规律,1)光电子的最大初动能和入射光的频率成线性关系。2)只有当入射光的频率大于某一值0时，才能从金属表面释放电子。3)光电子能量只与光的频率有关，而与光强度无关，光的频率越高，光电子的能量就越大。4)光电子的逸出，几乎是在光照射到金属表面上的同时发生，延迟时间在10-9s以下。,1.光电效应的实验规律1)光电子的最大初动能和入射光的频率成,图19-4光电效应的实验装置简图,图19-4光电效应的实

5、验装置简图,1905,1905,19-06.,19-06.,表19-1几种金属和半导体的红限频率和逸出功,表19-1几种金属和半导体的红限频率和逸出功,2.爱因斯坦光子假说和光电效应方程,1)光强度越大，光子数就越多，释放的光电子也越多，因而饱和光电流也相应增加。2)从光电效应方程式(19-9)可见光电子的初动能和照射光的频率成线性关系。3)从光电效应方程式(19-9)中，当最大初动能为零时，金属表面将不再有光电子逸出，这时入射光的频率就是红限频率04)只要入射光的频率大于红限频率，光电子的逸出不需要时间累积。,2.爱因斯坦光子假说和光电效应方程1)光强度越大，光子数就越,2.爱因斯坦光子假说

6、和光电效应方程,图19-7光子及光强度,2.爱因斯坦光子假说和光电效应方程图19-7光子及光强度,3.光电效应的应用,19-8,3.光电效应的应用19-8,3.光电效应的应用,19-09,3.光电效应的应用19-09,二、康普顿效应,1.康普顿效应的实验现象2.康普顿效应的解释3.康普顿效应的意义4.康普顿效应与光电效应的异同,二、康普顿效应1.康普顿效应的实验现象2.康普顿效应的解释,二、康普顿效应,图19-11康普顿散射示意图,二、康普顿效应图19-11康普顿散射示意图,二、康普顿效应,图19-12吴有训所作的15种元素的X射线散射光谱图,二、康普顿效应图19-12吴有训所作的15种元素的

7、X射线,1.康普顿效应的实验现象,1)散射光中不仅有原入射波长0，还有波长大于0的射线这就是康普顿效应。2)在相对原子质量小的散射物质中，康普顿散射强度较强，如散射物质为钠Na，在相对原子质量大的物质中，康普顿散射强度较弱，如铁Fe。3)散射光与入射光波长的差值-0随散射角而异，当散射角增加，=-0增加。4)对同一散射角，所有散射物质的波长改变量=-0相同。,1.康普顿效应的实验现象1)散射光中不仅有原入射波长0，还,2.康普顿效应的解释,图19-13光子与自由电子的碰撞,2.康普顿效应的解释图19-13光子与自由电子的碰撞,3.康普顿效应的意义,1)证明了光子假设的正确性。2)证明了光子动量

8、、能量表达式的正确性。3)证明了在光子与电子的相互作用过程中，动量和能量依然守恒。,3.康普顿效应的意义1)证明了光子假设的正确性。2)证明了,4.康普顿效应与光电效应的异同,康普顿效应与光电效应都涉及光子与电子的相互作用。光电效应中，入射光为可见光或紫外线，其光子能量为eV数量级，与原子中电子的束缚能相差不远，光子能量全部交给电子使之逸出，并具有初动能。光电效应证实了此过程服从能量守恒定律。在康普顿效应中，入射光为X射线或射线，光子能量为10eV数量级甚至更高，远大于散射物质中电子的束缚能，原子中的外层的电子可视为自由电子，光子能量只被自由电子吸收了一部分并发生散射。康普顿效应证实了此过程可

9、视为弹性碰撞过程，能量、动量均守恒，更有力地证实了光的粒子性。,4.康普顿效应与光电效应的异同康普顿效应与光电效应都涉及光子,第三节光的波粒二象性,在19世纪，通过光的干涉、衍射等实验，人们已认识到光是一种波动电磁波，并建立了光的电磁理论麦克斯韦理论。进入20世纪，从爱因斯坦起，人们又认识到光是粒子流光子流。综合起来，关于光的本性的全面认识就是：光既具有波动性，又具有粒子性，相辅相成。在有些情况下，光突出地显示其波动性，而在另一些情况下，则突出地显示其粒子性。光的这种两重性被称为波粒二象性。光既不是经典意义上的“单纯的”波，也不是经典意义上的“单纯的”粒子。,第三节光的波粒二象性在19世纪，通过光的干涉、衍射等实验，,