【正文】 1. 為什么康普頓效應(yīng)中的電子不能像光電效應(yīng) 三 . 討論幾個問題 違反相對論 ！ ∴ 自由電子 不可能吸收光子， 只能散射光子。 所以這相當(dāng)于 光子原子 mm ??∵ 即 散射光子波長不變， 散射線中還有與原波 ∴ 在彈性碰撞中，入射光子幾乎不損失能量， 得很緊的電子發(fā)生碰撞。的 X射線 ，其光子能量 ? ? 104 eV， e 自由電子 （ 靜止 ） 0?hv?m?j m0 h? ? 光子的能量 ? ? 散射 X射線 頻率 ? 波長 ? 54 2200 mchcmh ??? ??v??? mechech ?? ?? 00220 /1/ cmm v??能量守恒 動量守恒 反沖電子質(zhì)量 解得： )c o s1( j? ??ce 000 echp ?? ?? echp ?? ??v?m?j m0 自由電子（靜止） )c o s1(000 j????? ??????? cmhcc m831340 ????????cmhc?= 2 .43?103nm （理論值） 55 這是因為光子還可與石墨中被原子核束縛 為什么康普頓散射中還有原波長 ?0 呢 ？ 光子和整個原子碰撞。 波長的偏移 ?? =? ??0 只與散射角 j 有關(guān)， 實驗規(guī)律是： 效應(yīng)才顯著， 因此要用 X射線才能觀察到。 散射出現(xiàn)了 ?≠?0的現(xiàn)象， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o （ A） 波長 . . . . . . . o0?jo45?jo90?jo135?jMo， K? 稱為 康普頓散射。 ? 隨散射角 j 的 增大而增大。 50 一 .實驗規(guī)律 1922?23年康普頓研究了 X射線在石墨上的散射 167。 49 波面被分割，不表示光子被分割， 光子通過 1縫的 概率 正比于 I1 ， 1 2 I1 I2 雙縫實驗 光子通過 2縫的 概率 正 比于 I2 。 45 密立根 由于研究 基本電荷和 光電效應(yīng) ，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位， 獲得 1923年諾貝爾物理學(xué)獎 1868 — 1953 愛因斯坦 由于 對 光電效應(yīng) 的理論解釋和對 理論物理學(xué) 的貢獻， 獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎 1879 — 1955 46 普朗克是該雜志的主編，他對愛因斯坦的工作給予了高度的評價 在普朗克獲博士學(xué)位五十周年紀(jì)念會上普朗克向愛因斯坦頒發(fā)普朗克獎?wù)? 47 三 .光的二象性 （ dualism） 波動性特征： 粒子性特征： 波長大或障礙物小 →波動性突出 波長小或障礙物大 →粒子性突出 統(tǒng)一于概率波理論 ??、pmE 、?hE ?2chm ???? hchp ??光作為電磁波是彌散在空間而連續(xù)的 光作為粒子在空間中是集中而分立的 48 光子在某處出現(xiàn)的概率由光在該處的強度決定， 光子各向輻射等概率 21rI ?r 點光源 單縫衍射 I大，光子出現(xiàn)概率大； I小，光子出現(xiàn)概率小。 被人們接受是相當(dāng)困難的。 從而進一步 證實了 愛因斯坦的光子 理論。 ▲ I ??N ??單位時間打出光電子多 ? im ? ▲ 光子打出光電子 是瞬時發(fā)生的 43 光量子 假設(shè)解釋了光電效應(yīng)的全部實驗規(guī)律！ 但是光量子理論在當(dāng)時并未被物理學(xué)界接受！ ▲ h? A 時才能產(chǎn)生光電效應(yīng)， 所以存在： hA?0?紅限頻率 普朗克在推薦 愛因斯坦為柏林科學(xué)院院士時說 不發(fā)生光電效應(yīng)， 當(dāng) ? A/h時， “ 光量子假設(shè)可能是走得太遠了。 愛因斯坦光量子假設(shè)（ 1905）： ▲ 電磁輻射由以光速 c 運動的局限于空間某一 ▲ 光量子具有 “ 整體性 ” ： 小范圍的光的能量子單元 — 光子 所組成， 42 ? 二 . 光子理論對光電效應(yīng)的解釋 Ahm m ?? ?221 v (eUc) (eK? ) (eU0) A：逸出功 光強 ?hNI ?? N：光子數(shù)流通量 一束光就是以速率 c 運動的一束光子流。 、光的二象性 一 . 愛因斯坦的光子理論 光的發(fā)射、傳播、吸收都是量子化的。 KU 00 ??③ 光電轉(zhuǎn)換時間極短 109s 。 自學(xué)中要搞清以下幾點： 40 ① 光強 I 對飽和光電流 im的影響： ② 頻率的影響： 截止電壓 與 I 無關(guān)； 0UKU c ?? ?在 ? 一定時， 。 要求自學(xué)光電效應(yīng)的實驗規(guī)律和經(jīng)典波動 理論的困難。 光電效應(yīng)： 光照射某些金屬時，能從表面釋 △ 167?！? 37 1918年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者 —— 普朗克 （ Max Karl Ernst Ludwig Planck） 德國人 1858 — 1947 發(fā)現(xiàn)能量子 38 葉企孫 中國科學(xué)院學(xué)部委員（常務(wù)）（ 1955） 用 X 射線方法測定普朗克常量，在國際上沿用了 16年。 而 普朗克 熱愛科學(xué)是為了得到 現(xiàn)象世界那 些普遍的基本規(guī)律， 這是他無窮的毅力和耐 心的源泉?！? 也 它 ▲ . Planck把 “關(guān)于正常譜中能量分布 35 人們從傳統(tǒng)的思想束縛下獲得的這一解放。 的發(fā)展在此后又經(jīng)過了十幾年的曲折和反復(fù)。 ▲ 普朗克公式的得出，是理論和實驗結(jié)合的典范。 即輻 ?n = 0,1,2 … 。 普朗克不滿足內(nèi)差公式的成功， “這屬于物理方面的基本問題” 振動時輻射能量或吸收能量。 普朗克認為： 才能避免“紫外災(zāi)難”。 魯本斯 把這 “幸運地猜出來的內(nèi)插公式” 同最新的 34 ??? ?h 普朗克常量該公式在全波段與實驗結(jié)果 實驗結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)： （ 1900） 在維恩公式的分母上加（ ?1）， 對 ? 很大時的 維恩公式無影響， 但由此卻可在 ? 很小時過渡到 瑞利 ? 金斯公式。 28 ? 英國人 ? Lord Rayleigh ? 18421919 ? 氬的發(fā)現(xiàn) 1904年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者 ——瑞利 29 由經(jīng)典理論導(dǎo)出的 M? (T)～ ? 公式都與實驗 “ 物理學(xué)晴朗 天空中的一朵 烏云 !” 曲線不完全符合！ 這正所謂是 ?/1014Hz M? (10 9 W/(m2? Hz)) 0 30 11)(3???TTM????? 魯本斯 （ Rubens） 給 維恩公式 瑞利 ? 金斯公式 普朗克 帶來了熱輻射理論與實驗比較的信息。 27 kTcTM 222)( ??? ?▲ 著名公式之二： 瑞利 —— 金斯公式 123 KJ103 8 0 6 5 ?? ???k 1900年從經(jīng)典電動力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)理論 (Rayleigh) (Jeans) 單位頻率間隔駐波數(shù)多 → 能量 ↑ ???，時， ???? ?? M “紫外災(zāi)難”！ 該公式在低頻段與實驗曲線符合得很好。 ?， ? 為常量 空腔壁產(chǎn)生的熱輻射， 可想象成以壁為節(jié)點的 許多駐波。 22 2. 黑體輻射譜的實驗規(guī)律 不同溫度下的黑體輻曲線 曲線與橫軸圍的面積就是 M(T) 鎢絲和太陽的熱輻射曲線 利用太陽熱輻射的小事例（略） M? ?10 8 W/(m2? Hz) ? ?/1014Hz 可見光區(qū) 鎢絲