近代物理ch04

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1、第四章辐射的量子性§4.1光电效应§4.2X射线及其在晶体上的衍射§4.3X射线及其在晶体上的衍射§4.4X射线轫致辐射谱§4.5康普顿效应§4.6电子偶的产生和湮灭§4.7穆斯堡尔效应§4.8引力场中的光子§4.9电磁波的统计诠释§4.10光子的测不准关系一、光电效应1.电磁波的基本性质：叠加性，波动性，量子性光电效应表明光的能量是量子化的，不能无限任意分割。电磁波的量子性：电磁辐射在与物质相互作用时表现为一粒一粒分立的个体，每一粒都具有确定的能量和动量，它们在与物质相互作用时只能整体的产生或被吸收。§4-1光电效应2.光电效应

2、：紫外光照射到金属表面，能使金属中的电子从金属表面飞出来的现象。VA实验装置及现象光电效应实验规律（2）光电流强度i与入射光强I成正比.（1）瞬时性iS——饱和电流U0——反响截止电压与光强无关光电子动能（4）截止频率（红限）对某种金属来说，只有入射光的频率大于某一频率0时，电子才会从金属表面逸出.0称为截止频率或红限频率.遏止电势差U0与入射光频率具有线性关系.（3）遏止电势差U0O使光电流降为零所外加的反向电势差称为遏止电势差U0，对不同的金属，U0的量值不同.脱出功（逸出功）：金属中的电子脱离金属表面飞出所需要的能量A。

3、光电子从光照获得的能量——爱因斯坦公式普朗克量子假设爱因斯坦光子假设爱因斯坦根据普朗克能量子假说而进一步提出的光量子(lightquantum)，即光子(photon)概念，对光电效应的研究做出了决定性的贡献。核心思想：表面上看起来连续的光波是量子化的。单色光由大量不连续的光子组成。若单色光频率为ν，那么每个光子的能量为E＝hν,动量为1.X射线1885年伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线称Ｘ射线．为此于1901年获得首届诺贝尔物理奖。§4-2X射线及其在晶体上的衍射X射线冷却水<Ｘ射线管铅板单晶片照像底片单

4、晶片的衍射1912年劳厄实验劳厄斑点2.1912年劳埃提出，Ｘ射线是一种电磁波，可产生干涉和衍射效应。因此获得1914年诺贝尔物理奖。劳埃衍射实验既证明了晶体由原子点阵构成，又证实了Ｘ射线具有波动性。3.1913年英国布拉格父子提出了一种解释Ｘ射线衍射的方法，给出了定量结果，并获1915年诺贝尔物理学奖．衍射角θ晶格常数d相邻两个晶面反射的两X射线干涉加强的条件布拉格反射入射波散射波布拉格公式4.1913年英国德拜和谢乐用单色Ｘ射线照射到多晶或晶体粉末上。由于各种衍射角都有，所以衍射光线是以入射线为中轴的一系列锥面，在底片上观察到

5、的是一系列同心圆。衍射的应用a.已知晶体的晶格常数d和入射方向与衍射方向的夹角，可得波长；b.已知入射波长和入射方向与衍射方向的夹角，可得晶体的晶格常数d；c.如果三者都知道：入射波长、入射方向与衍射方向的夹角、晶体的晶格常数d，则可以测定阿伏伽德罗常数NA。布拉格公式韧致辐射：带电粒子在运动中受到阻力而产生辐射的现象。由于韧致辐射而产生的X射线谱称为X射线韧致辐射谱X射线产生的物理机制表示如下§4-3X射线韧致辐射谱上式表示：一个高速电子射入阳极，被阳极原子核的静电库仑场减速，能量发生变化,同时发射出能量为hν的X光量子。X射线

6、管中用钨作阳极连续谱：波长连续变化的部分。连续谱——轫致辐射轫致辐射：带电粒子与原子发生碰撞时，受到原子核的库仑作用，引起带电粒子的骤然减速而产生的辐射现象。带电粒子到达靶核时，在靶核的库仑场的作用下，带电粒子的速度连续变化，因此辐射的X射线具有连续谱的性质。2.产生机制1.产生条件:仅当电子的能量不超过某一限度时,才只发射连续谱。a.强度随波长变化，在一定波长处有一极大值在长波方面强度降落较缓慢，在短波方面降落较快且有明显极限，所以不对称。b.短波极限与靶物质无关3.特点：连续谱的强度与碰撞c.最小波长和电子速度（即所加电压）有

7、关：电子速度越大最小波长越短；最小波长与电压的经验公式（杜安和亨特）：理论推导该式物理意义是：电子的动能全部转化为辐射能时，辐射出的光子的波长最短。——量子极限—电子的最大动能例子：某X光机的高压为10万伏，问发射光子的最大能量为多大？求发射的X光的最短波长。解：§4-4康普顿效应1923年，美国物理学家康普顿在研究X射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象康谱顿效应证明了爱因斯坦的光子说。康普顿效应(comptoneffect)：X射线通过实物物质发生散射时，散射光中除了有原波长λ0的X光外，还产生了波长λ>λ0的X

8、光，其波长的增量随散射角的不同而变化。康普顿效应实验规律1923年到1925年间，康谱顿研究了X光被石墨散射的实验，进一步证明了爱因斯坦的光子说。康普顿散射实验原理图实验结果：(1)散射光谱中除了有原入射光的λ0成分外，还有λ>λ0的成分(3)散射