大学物理-波粒二象性(1)黑体辐射和光电效应及康普顿散射.ppt

第26章波粒二象性1、X射线的发现(1895年)伦琴,1845年3月27日生于德国莱茵省的雷内普(Lennep)，是纺织商人的独生子，童年时代大部分是在母亲的故乡荷兰渡过。1868年伦琴毕业于瑞士苏黎世联邦工程学院，成为一名机械工程师。1869年，获哲学博士学位。受老师昆特教授的影响，转而从事物理学的研究，并随昆特到维尔茨堡大学做昆特的助手。1872年伦琴到斯特拉斯堡大学任副教授。1875年成为霍恩海堡农业专科学校的教授。1879年—1888年主持吉森大学物理学讲座。1889年—1893年任耶拿大学和乌德勒兹两大学的教授。1894年—1900年年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究所所长。他是柏林和慕尼黑科学院的通讯院士。§24.6X射线衍射布喇格公式2.X射线晶体衍射3.布喇格公式X射线的应用不仅开创了研究晶体结构的新
领域，而且用它可以作光谱分析，在科学研究和
工程技术上有着广泛的应用。2009年10月7日，瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布，将2009年度诺贝尔化学奖授予美国科学家文卡特拉曼·拉马克里希南、托马斯·施泰茨和以色列女科学家阿达·约纳特，他们分别采用X射线晶体学方法，绘制出核糖体的三维模型，不仅让我们知晓了核糖体的“外貌”，而且在原子层面揭示了核糖体功能的机理。科学家使用了13种波长（从紫外线到红外线之间的）的光照射《蒙娜·丽莎》，并用摄像机扫描画面。拨开几世纪前的颜料和其他改变，得出了结果：达·芬奇实际上给蒙娜·丽莎画了眉毛。2、放射性的发现(1896年)3、电子的发现（1897年）1900年4月27日，开尔文(WilliamThomson）在英国皇家学会以《19世纪热和光的动力理论上空的乌云》为题作长篇演讲。26.1量子概念的诞生——普朗克量子假设2.单色辐出度—-在一定温度T下，物体单位表面在单位时间内发射的波长在λ~λ+dλ范围内的辐射能与波长间隔的比值，即 二.黑体辐射(1)斯忒藩(Stefan)-玻耳兹曼(Boltzmann)定律热辐射的规律在现代科学技术上的应用非常广泛.它是测高温、遥感、红外追踪等技术的物理基础.
例如：太阳光谱测出，可推算得太阳表面温度约为6000K；
地面温度约为300K，可算得，这说明地面的热辐射主要在10μm附近的波段，而大气对这一波段的电磁波吸收极少，几乎透明，故长称这一波段为电磁波的窗口（大气窗口）.地球卫星可以利用红外遥感技术测定地面的热辐射，从而进行资源、地质等各类探查。
宇宙背景辐射：瑞利(Rayleigh)和金斯(Jeans)

用能量均分定理、电磁理论得出：三.普朗克(Planck)公式(1900年)能量子假说:辐射黑体中的分子、原子振动可看作线性谐振子，它和周围电磁场交换能量。这些谐振子只能处于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：光电效应当波长较短的
可见光或紫外光照射到某些金属表面上时,金属中的电子就会从光中吸取能量而从金属表面逸出的现象。光电效应伏安特性曲线（3）遏止频率（又称红限）实验表明：遏止电
势差和入射光的频率之间具有线性关系。（4）弛豫时间实验表明，从入射光开始照射直到金属释放出电子，无论光的强度如何，这段时间很短，不超过。二.经典物理与实验规律的矛盾三.爱因斯坦光子假说和光电效应方程光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重性称为波-粒二象性。测量波长在200~1200nm极微弱光的功率例1:钾的光电效应红限波长为例2:铝的逸出功为4.2eV.今用波长为200nm的紫外光照射到铝表面上,发射的光电子的最大初动能为多少?遏止电势差为多大?铝的红限波长是多大?例3：有一金属钾薄片，距弱光源3米。此光源的功率为1W，计算在单位时间内打在金属单位面积上的光子数。设=589nm。例4:如果一个光子的能量等于一个电子的静止能量,问该光子的频率、波长和动量各是多少?在电磁波谱中属于何种射线?2、康普顿散射强度随散射角的增加而增加。随物质原子量的增大而减弱。强度变化二.经典物理的解释子能量几乎不变，波长不变。能量、动量守恒（电子的康普顿波长）(2)X射线光子和原子内层电子相互作用1、波长改变量与随散射角的增加而增加，与散射物质无关。例1.(同教材P140例26.3)λ0=0.02nm的X射线与静止的自由电子碰撞,若从与入射线成900的方向观察散射线。例2：在康普顿效应中，入射光子的波长为3×10-3nm，反冲电子的速度为光速的60%，求散射光子的波长和散射角。例3.一光子与自由电子碰撞,电子可能获得的最大能量为60keV,求入射光子的波长和能量.可解得1、字体安装与设置