爱因斯坦光子理论课件.pptVIP

愛因斯坦光子理論（續）一.光電效應二.康普頓效應美國物理學家1892-1962獲1927年諾貝爾物理獎實驗裝置示意圖:X光被石墨散射1.實驗規律X射線管石墨體X射線譜儀晶體實驗規律：1)散射光2)波長改變量3)原子量越小的物質，康普頓效應越顯著康普頓散射與散射角的關係相對強度0.7000.750??(?)???????????????????????????????????同一散射角下隨散射物質的變化2.經典物理遇到的困難經典物理無法解釋康普頓效應.電磁波為橫波，根據經典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等於入射光頻率，所以它所發射的散射光頻率應等於入射光頻率:3.用光子論解釋康普頓效應(1)基本思想X射線（光子流）與散射物質相互作用情況與散射物質種類無關光子電子相互作用完全非彈性碰撞：光子被電子吸收，電子能量增加,當電子能量足夠大時，成為光電子逸出。即光電效應*光子、電子均視為“點粒子”，所以一般不考慮非彈性碰撞典型情況完全非彈性碰撞彈性碰撞非彈性碰撞彈性碰撞束縛強光子整個原子mM光子能量不變瑞利散射光子內層電子光子外層電子束縛弱光子自由電子光子能量減少電子反沖康普頓散射原子量越小物質發生第二種碰撞概率越大，康普頓效應顯著(2)定量計算*光子能量自由電子熱運動能量光子靜止自由電子彈性碰撞能量守恆動量守恆光子電子撞前撞後建立方程動量守恆：由能量守恆：?質速關係：余弦定理：??求解得：令電子的康普頓波長證明了愛因斯坦光子理論的正確性證明了能量守恆、動量守恆定律的普適性證明相對論效應在宏觀、微觀均存在理論結果與實驗相符，康普頓獲1927年諾貝爾物理獎。練習.解：波長改變量相同對紫光入射光能量較低時，康普頓效應不顯著，將主要觀察到光電效應解：1）2）反沖電子動能即光子損失的能量練習.,觀測到的散射光波長多少？反沖電子的動能、動量為多少？由動量守恆定律：3）反沖電子動量解得三、電子偶效應（瞭解）1、高能光子與重元素原子核相撞，轉變為電子偶實驗能量守恆（忽略重原子核反衝動能）條件：2、正負電子相遇時湮滅、產生兩個光子實驗：能量守恆：若則閱讀：1995年諾貝爾物理獎介紹P525：美國柯溫、賴因斯用電子偶湮滅過程成功證實中微子的存在表16.2—2光與物質三種相互作用比較光電效應康普頓效應電子偶效應光子產生湮滅可見光、紫外線軟X射線硬X射線、射線物質粒子束縛電子自由電子、弱束縛電子重原子核自由正負電子物理過程完全非彈性碰撞；光子被吸收，電子逸出。彈性碰撞；光子被散射，電子反沖光子轉化為電子偶電子偶轉化為光子對吸收係數(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光電效應康普頓效應電子偶效應愛因斯坦《論我們關於輻射本質和組成觀點的發展》“象人們已經知道的那樣，光的干涉、衍射現象表明對於把光看成是一種波動，看來是難以懷疑的，而不容否認的是有這樣一類關於輻射的事實表明，光具有某些基本屬性，這些屬性用光的發射論點比光的波動觀點好得多”“兩種特性結構，波動結構和量子結構都應當適合於輻射，而不應當認為彼此不相容。理論物理發展的隨後一個階段將給我們帶來這樣一種光學理論，它可以是光的波動論和發射論的某種綜合，需要建立一個既能描述輻射的波動結構，又能描述輻射的量子結構的數學理論。”四、光的波粒二象性光的性質不同側面波動性：突出表現在傳播過程中（干涉、衍射）粒子性：突出表現在與物質相互作用中（光電效應、康普頓效應、電子偶效應）單純用波動粒子模型均不能完整地描述光的性質無法用經典語言準確建立光的模型光：既不是經典波，又不是經典粒子光子：用量子力學描述光子的量子力學模型振幅越大，表示光子數越多，光子到達該處概率越大——概率波“波粒二象性”借用經典“波”和“粒子”術語，但既不是經典波，又不是經典粒子§16.3氫原子光譜玻爾理論經典物理在解釋熱輻射上的困難—普朗克能量子論1900年經典物理解釋光電效應上的困難—愛因斯坦光量子論1905年經典物理在解釋氫光譜上的困難—玻爾氫原子理論1913年統稱舊量子論尼爾斯.玻爾（1885--1962