物理與光電工程學工程學院(編輯修改稿)
2025-03-08 12:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 吸引，另一部分用來提供電子離開金屬表面時的動能。其能量關(guān)系可寫為： AhV ?? ?? 221?從上式不難解釋光電效應的兩個典型特點： 物理與光電工程學工程學院 NoImag e光電效應的兩個典型特點的解釋 ? 1. 臨界頻率 v0 2. 光電子能量只決定于光子的頻率 由上式明顯看出，能打出電子的光子的最小能量是光電子 V = 0 時由該式所決定，即 hv A = 0， v0 = A / h ， 可見，當 v v0 時，電子不能脫出金屬表面，從而沒有光電子產(chǎn)生。 上式亦表明光電子的能量只與光的頻率 v 有關(guān)，光的強度只決定光子的數(shù)目，從而決定光電子的數(shù)目。這樣一來，經(jīng)典理論不能解釋的光電效應得到了正確的說明。 AhV ?? ?? 221 物理與光電工程學工程學院 NoImag e（ 3）光子的動量 ? 光子不僅具有確定的能量 E = hv，而且具有動量。根據(jù)相對論知，速度為 V 運動的粒子的能量由 右式 給出： 對于光子，速度 V = C，欲使 上式 有意義，必須令 ?0 = 0,即光子靜質(zhì)量為零。 20221CEVC???0?其 中 是 粒 子 的 靜 止 質(zhì) 量 。根據(jù)相對論能動量關(guān)系： 222202 )()()( pCpCCE ??? ??于是得到光子能量動量關(guān)系 /E pC p E C?? 物理與光電工程學工程學院 ???????????????nkhknnhnChnCEphE??????????????????????22其中總結(jié)光子能量、動量關(guān)系式如下： 把光子的波動性和粒子性聯(lián)系了起來 普朗克 愛因斯坦關(guān)系式 物理與光電工程學工程學院 NoImag e? 雖然 愛因斯坦 對光電效應的解釋是對 Planck量子概念的極大支持，但是 Planck不同意 愛因斯坦 的光子假設(shè)，這一點流露在 Planck推薦愛因斯坦為普魯士科學院院士的推薦信中。 “ 總而言之，我們可以說，在近代物理學結(jié)出碩果的那些重大問題中，很難找到一個問題是 愛因斯坦 沒有做過重要貢獻的，在他的各種推測中，他有時可能也曾經(jīng)沒有射中標的，例如，他的光量子假設(shè)就是如此， 但是這確實并不能成為過分責怪他的理由，因為即使在最精密的科學中，也不可能不偶爾冒點風險去引進一個基本上全新的概念 ” 物理與光電工程學工程學院 NoImag e（三） Compton 散射 光的粒子性的進一步證實。 （ 1） Compton 效應 1 散射光中，除了原來 X光的波長 λ 外，增加了一個新的波長為 λ39。 的 X光，且 λ39。 λ ； 2 波長增量 Δλ=λ ’ – λ 隨散射角增大而增大。這一現(xiàn)象稱為 Compton 效應。 ?X射線被輕元素如白蠟、石墨中的電子散射后出現(xiàn)的效應。該效應有如下 2 個特點： 經(jīng)典電動力學不能解釋這種新波長的出現(xiàn)，經(jīng)典力學認為電磁波被散射后，波長不應該發(fā)生改變。 但是如果把 X射線被電子散射的過程看成是光子與電子的碰撞過程，則該效應很容易得到理解 物理與光電工程學工程學院 NoImag e（ 2） 定性解釋 ? 根據(jù)光量子理論，具有能量 E = h ν 的光子與電子碰撞后，光子把部分能量傳遞給電子，光子的能量變?yōu)? E’ = hν ’ 顯然有 E’ E, 從而有 ν ’ ν ,散射后的光子的頻率減小，波長變長。根據(jù)這一思路，可以證明： ?該式首先由 Compton 提出，后被 Compton 和 吳有訓 用實驗證實，用量子概念完全解釋了 Compton 效應。因為 式右是一個恒大于或等于零的數(shù) ，所以散射波的波長 λ39。 總是比入射波波長（ λ39。 λ ）且隨散射角 θ 增大而增大。 2010002 si n22 10 cmmC????????? ? ? 。?康普頓波長 物理與光電工程學工程學院 ?式中也包含了 Planck 常數(shù) h，經(jīng)典物理學無法解釋它，Compton 散射實驗是對光量子概念的一個直接的強有力的支持。 （ 3）證 明 根據(jù)能量和動量守恒定律： k? ? k’? mv ????????????vmkkcmmc??????? 202??kccc ???? ?????? 22代入 得： 20 )()( cmmkkc ????? 物理與光電工程學工程學院 NoImag e兩式兩邊平方
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