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1、*1大 学 物 理*2第21章 光的量子理论和 玻尔理论 21.1 Planck量子理论与爱因斯坦光电方程 21.2 康普顿效应与光的波粒二象性 21.3 氢原子光谱 Balmer公式 21.4 玻尔的原子量子论 氢原子*3 21.1 Planck量子理论与光电效应自然世界是矛盾的世界，矛盾的双 方决定事物本质。当人们对光的本质的探索取得重大进展时， 意外的实验事实出现，使人们产生困惑。黑体辐射实验、光电效应实验.*4Planck常数：*5一、光电效应实验：光照KAERGIK 阴极， A 阳极， G 检流计*61 实验的基本现象： 光电流随 增大而增大。 饱和光电流存在。 饱和光电流与光强有关
2、。*72 实验的基本规律：饱和电流 Im：n是单位时间内 从K极释放的电子数 ，光强大，饱和电 流大。截止电压Uc：阻止光电子到达A 极，有：Im1Im2光强大光强小IUc反映光电子的产量反映光电子的初动能*8其中： 是光波的频率；k是与光电材料无关的常 数。U0是与光电材料有关的常数。UcNaCaU0表明光电子初动能值与入射光频率有关截止电压直接反映光 电子初动能值。实验中：*9是光电效应发生的最小频率频率小，光波的波长长，靠近红光， 称为“红限”。*10光电效应的瞬时性：光波照射 K 极时，只要频率超过红限，光电效 应立即发生；频率不超过红限，光电效应永远不会 发生，而不论光强有多大。二、
3、光的波动理论的困难：光电子的动能不应该与入射光波的频率有关，而 应与入射光的强度有关。不应该有红限。光电效应的发生应该与光照时间有关。弱的入射 光，发生光电效应的时间要慢。*11 24.2 光子 爱因斯坦光电方程一、爱因斯坦的光子理论：爱因斯坦利用和发展了牛顿的光粒子思想， 提出光子的模型。 光是以光速运动的微粒子流，这样的粒子就是光子。 光子有能量： 光子有动量：*12二、爱因斯坦光子理论对光电效应的解释：光子：金属材料吸收光子不需要时间，且一次将光 子能量全部吸收。这个方程称为爱因斯坦方程，A是金属中电子 的脱出功。光的波动性产生的困难，用光子模型可以解释， 光电效应是光为粒子的实验验证。
4、*13光电子的动能不应该与入射光波的频率有关，而 应与入射光的强度有关。不应该有红限。光电效应的发生应该与光照时间有关。弱的入射 光，发生光电效应的时间要慢。存在红限按光子理论，光强度大是表明光子的数量多 ，不表示其能量的大小,能量由光子频率决定。解释：*14 21.3 康普顿(Compton)散射效应入射光波散射光波用光的波动理论无法解释，而以光子与散射物 质中的电子碰撞图象可以解释康普顿散射。*15光子与散射物质中的电子碰撞入射光波散射光波碰撞前:碰撞后:*16电子光子碰撞前:碰撞后:*17动量守恒:能量守恒:碰撞前:碰撞后:*18康普顿效应表明光的粒子性，在光波波长较 短时,康普顿效应明
5、显。光有波动和粒子的二重性！*19光子散射后，波长加大，频率减低，能量减少。光子散射后，能量减少，使电子获得能量，形成 反冲。如果已知电子反冲能量，可以反求Compton 散射角和散射光波长。波长变化。*20又由于：入射光子能量的变化相同的散射角观察，入射光子能量越大（波 长越短），康普顿散射效应越明显。电子的康普顿波长*21 21.4 光的波粒二像性：波动性：粒子性：光子的静止质量为零。光有波动和粒子的二重性！*22例. 波长=1.00A的x射线在碳靶上散射。从与入射 方向成60角的方向观察（1）散射线波长（2）如 果光子与整个碳原子交换能量，动量，则在这一方 向上看散射线波长多少？A碳原子的康普顿波长:AA康普顿效应不明显*23例. 用能量守恒和动量守恒的方法证明一个自由电 子不能完全吸收一个光子能量守恒：动量守恒：一个自由电子不能完全吸收一个光子反证：*24光有波动和粒子的二重性。光是集波动性和粒子性对立的矛盾双方于一身 的统一体，是矛盾对立统一的物理体现。在不同的物理环境中，光表现出其不同的矛盾 方面，其矛盾的另一面则被抑制。这个思想开创了 人类理解自然界运 动规律的新思维。*25康德（Immanuel Kant，1724-1804），德国哲 学家、天文学家、星云说的创立者之一、德国古典 唯心主义创始人.
