1、2023-8-141量子光学基础1 1、热辐射、热辐射 在任何温度下，一切宏观物体都以电磁波的形式在任何温度下，一切宏观物体都以电磁波的形式向外辐射能量。对于给定的物体而言，在单位时间内向外辐射能量。对于给定的物体而言，在单位时间内辐射能量的多少以及辐射能量按波长的分布等都取决辐射能量的多少以及辐射能量按波长的分布等都取决于物体的温度，因此，这种辐射就称之为于物体的温度，因此，这种辐射就称之为，或，或者称为者称为。另外，一切物体在向外界发射辐射。另外，一切物体在向外界发射辐射能的同时也吸收周围物体发出的辐射能。能的同时也吸收周围物体发出的辐射能。以白炽灯为例，灯丝通以电流后，当温度以白炽灯为例
2、，灯丝通以电流后，当温度 T 800 K时，灯丝微微发红，继时，灯丝微微发红，继续升高温度，灯丝由暗红变橙黄，再变白，当温度极续升高温度，灯丝由暗红变橙黄，再变白，当温度极高时，灯丝呈青白色，即达到所谓的高时，灯丝呈青白色，即达到所谓的“白炽化白炽化”，同，同时我们感到灯丝灼热逼人。以上事例说明：时我们感到灯丝灼热逼人。以上事例说明：2 2、单色辐出度（旧称：单色发射本领）、单色辐出度（旧称：单色发射本领）辐射出射度（旧称：发射本领）辐射出射度（旧称：发射本领）【】在一定温度下，物体在在一定温度下，物体在单位时间内，单位时间内，从单位表面积上发射的波长在从单位表面积上发射的波长在+范围内的辐射
3、范围内的辐射能为能为dE 。3,mWddETM单单位位：2 2、单色辐出度（旧称：单色发射本领）、单色辐出度（旧称：单色发射本领）辐射出射度（旧称：发射本领）辐射出射度（旧称：发射本领）【】在一定温度下，物体在在一定温度下，物体在单位时间内、单位时间内、从单位表面积上辐射的各种波长的总辐射能，记为从单位表面积上辐射的各种波长的总辐射能，记为M(T)。20:d)()(mWTMTM单单位位 -一个物体如果能完全吸收投射到其一个物体如果能完全吸收投射到其表面的任何波长的辐射能，即不反射，也不透射，我表面的任何波长的辐射能，即不反射，也不透射，我们称这种物体为们称这种物体为，简称，简称。绝对黑体是一种
4、理想化的绝对黑体是一种理想化的模型。但用不透明的材料模型。但用不透明的材料制成的一个有小孔的空腔制成的一个有小孔的空腔，可以视为绝对黑体。如，可以视为绝对黑体。如：山洞、窗口、炉膛等。：山洞、窗口、炉膛等。4-2-840KmW1067.5 ),()(TdTMTMBBKm10898.2 3m bbT 维恩维恩 (W.Wien,1864-1928)(W.Wien,1864-1928)德国物理学家，德国物理学家，19111911年获诺贝尔物年获诺贝尔物理学奖理学奖如：太阳单色辐出度最大处波长如：太阳单色辐出度最大处波长 m m 0.490.49 m m T=5900KT=5900KKm10898.2
5、 3m bbT 维恩位移定律在现代科学技术上具有极广泛的应维恩位移定律在现代科学技术上具有极广泛的应用，是测量高温、遥感、红外追踪等技术的物理基础用，是测量高温、遥感、红外追踪等技术的物理基础。如下图所示，太阳辐射谱如下图所示，太阳辐射谱-大气层外的太阳辐射曲线同大气层外的太阳辐射曲线同5900K5900K的黑体辐射曲线类似。太阳光穿入大气层时被大的黑体辐射曲线类似。太阳光穿入大气层时被大气吸收，水汽和二氧化碳在红外区强烈吸收太阳辐射，气吸收，水汽和二氧化碳在红外区强烈吸收太阳辐射，臭氧在紫外区强烈吸收太阳辐射。臭氧在紫外区强烈吸收太阳辐射。人体体温人体体温310K(370C)m=9.35 m
6、“辐射高温计辐射高温计”，“炉火炉火纯青纯青”等等等等宇宙背景辐射宇宙背景辐射 m0.1cm T=2.7KKm10898.2 3m bbT【例题】【例题】在地球大气层外测得太阳辐射谱，它的极值在地球大气层外测得太阳辐射谱，它的极值波长为波长为490 nm，设太阳为黑体，求：，设太阳为黑体，求：太阳表面温度太阳表面温度 T；太阳表面单位面积的辐射功率？太阳表面单位面积的辐射功率？274384393109610951067521095104901089821mW.).(.TTMK.bT,m 得得由由维维恩恩位位移移公公式式 在在19世纪未，已经从实验上测定了绝对黑体的单世纪未，已经从实验上测定了绝
7、对黑体的单色辐出度色辐出度MB(T)与与(,T)的关系曲线。如何从理论上推的关系曲线。如何从理论上推导出符合实验结果的导出符合实验结果的MB(T)函数表达式，就成为当时函数表达式，就成为当时物理学中引人注目的问题之一。许多物理学家尝试从物理学中引人注目的问题之一。许多物理学家尝试从经典理论出发对绝对黑体的辐射规律给予解释。经典理论出发对绝对黑体的辐射规律给予解释。瑞利瑞利 金斯公式金斯公式(1900年年)维恩公式维恩公式(1896年年)MB 试验曲线试验曲线长波范围与实验符合，而在短波范围长波范围与实验符合，而在短波范围内不符合内不符合“紫外灾难紫外灾难”短波范围与实验符合，而短波范围与实验符
8、合，而在长波范围内不符合在长波范围内不符合 与实验符合与实验符合紫外灾难紫外灾难1e21)(25 kThcBhcTM普朗克公式的得来普朗克公式的得来,起初是半经验的起初是半经验的,即利用内插法将适用于短即利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利波的维恩公式和适用于长波的瑞利金斯公式衔接起来金斯公式衔接起来,在得在得到了公式后到了公式后,普朗克才设法从理论上去论证它。普朗克才设法从理论上去论证它。为解释这一公式，普朗克提为解释这一公式，普朗克提出了出了能量量子化能量量子化假设假设MB 试验曲线试验曲线普朗克公式普朗克公式sJh 341063.6普朗克常数普朗克常数 普朗克（普朗克（M.
9、Planck,1858-1947M.Planck,1858-1947）德国理德国理论物理学家，量子论的奠基人，被德国科学论物理学家，量子论的奠基人，被德国科学界誉为界誉为“帝国的科学首相帝国的科学首相”。早在。早在18991899年，年，普朗克在研究辐射热力动力学时，就提出了普朗克在研究辐射热力动力学时，就提出了一个新的普适常数一个新的普适常数h h，该常数后来称为基本，该常数后来称为基本作用量子，现称普朗克常数。作用量子，现称普朗克常数。普朗克于普朗克于18581858年年4 4月月2323日出生于德国基尔日出生于德国基尔。从小就在音乐、文学及数学等方面显露。从小就在音乐、文学及数学等方面显
10、露了才华，但最终选择了科学。了才华，但最终选择了科学。18771877年在柏年在柏林大学获得博士学位，先后在多座大学任林大学获得博士学位，先后在多座大学任教。教。18891889年接替导师基尔霍夫继任柏林大学年接替导师基尔霍夫继任柏林大学科学讲座教授，直到科学讲座教授，直到19261926年退休。年退休。普朗克提出的能量子概念是非常新奇的，它揭示普朗克提出的能量子概念是非常新奇的，它揭示了微观世界中一个重要规律，开创了物理学的一个全了微观世界中一个重要规律，开创了物理学的一个全新领域。假设具有划时代的意义，于新领域。假设具有划时代的意义，于19181918年普朗克年普朗克6060岁时被授予岁时
11、被授予NobelNobel物理学奖，从而肯定了他对物理学物理学奖，从而肯定了他对物理学发展的不朽贡献。发展的不朽贡献。普朗克的一生与音乐结下了不普朗克的一生与音乐结下了不解之缘，他是钢琴家、风琴手，又是解之缘，他是钢琴家、风琴手，又是音乐指挥家。直到他逝世的当天，仍音乐指挥家。直到他逝世的当天，仍像平时那样每天弹一小时钢琴。音乐像平时那样每天弹一小时钢琴。音乐促进了他的创造性思维的发展。促进了他的创造性思维的发展。19471947年年1010月月4 4日普朗克在哥廷根逝日普朗克在哥廷根逝世，享年世，享年8989岁。他的坟墓上只有一块岁。他的坟墓上只有一块长方形条石，上部刻了他的名字，下长方形条
12、石，上部刻了他的名字，下部刻了部刻了“h=6.62h=6.62 10-27erg.s”10-27erg.s”的字样。的字样。普朗克能量子假设普朗克能量子假设普朗克常数普朗克常数 h=6.62610-34 Js 与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是是 hv 的整数倍的整数倍 能量量子假设。能量量子假设。电电磁磁波波腔壁上的原子腔壁上的原子能能量量 ,3,2,nhhhh普朗克常数普朗克常数h 体现了微观世界的基本特征。体现了微观世界的基本特征。称称为为量量子子数数为为正正整整数数,.,2,1,0 nnnhn 若谐振子频率为若谐振子频率为 v，则其能量是
13、，则其能量是 量子假说与物理学界几百年来信奉的量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无自然界无跳跃跳跃”的原则直接矛盾，因此许多物理学家不予接受。的原则直接矛盾，因此许多物理学家不予接受。普朗克本人也曾几度普朗克本人也曾几度(前后花费前后花费1515年时间年时间)想倒退，回想倒退，回到经典物理学的立场上去。但是，到经典物理学的立场上去。但是，“无济于事，我们无济于事，我们必须与量子理论共处必须与量子理论共处”。普朗克能量子假设揭示了自然现象中客观存在的普朗克能量子假设揭示了自然现象中客观存在的不连续的量子性质，开始突破了经典物理学在微观领不连续的量子性质，开始突破了经典物理学在微观领域内的束
14、缚，标志着物理学上一场伟大革命的开始。域内的束缚，标志着物理学上一场伟大革命的开始。1887年，年，赫兹赫兹在作放电实验时偶然观察到光电效应现象。在作放电实验时偶然观察到光电效应现象。1900年，赫兹的同事年，赫兹的同事勒纳德（勒纳德（P.Lenard）指出：光电效应是金指出：光电效应是金属中电子吸收入射光的能量而从表面逸出的现象。属中电子吸收入射光的能量而从表面逸出的现象。1905年，伟年，伟大的物理学家大的物理学家爱因斯坦爱因斯坦从理论上对光电效应作出了科学的解释。从理论上对光电效应作出了科学的解释。1 1、光电效应的实验规律、光电效应的实验规律 紫外光紫外光+饱和光电流与入射光强成正比。
15、饱和光电流与入射光强成正比。光电子最大初动能与光强无关，与入射光频率有关光电子最大初动能与光强无关，与入射光频率有关。从光照射到阴极表面到发射光电子所需的时间间隔从光照射到阴极表面到发射光电子所需的时间间隔小于小于10-9秒数量级，与光的强弱无关，不存在时间延迟秒数量级，与光的强弱无关，不存在时间延迟。紫外光紫外光+2 2、经典电磁场理论的困难、经典电磁场理论的困难 在金属内部有许多自由电子，这些自由电子虽然在金属内部有许多自由电子，这些自由电子虽然在不停地作无规则的热运动，但由于受晶格点阵中正在不停地作无规则的热运动，但由于受晶格点阵中正电荷的吸引，不能逸出金属表面。也就是说，金属内电荷的吸
16、引，不能逸出金属表面。也就是说，金属内部自由电子的平均能量比飞出金属表面电子的能量要部自由电子的平均能量比飞出金属表面电子的能量要低。如果金属内的自由电子能获得足够多的能量，就低。如果金属内的自由电子能获得足够多的能量，就能逸出金属表面。使金属内部一个自由电子逸出金属能逸出金属表面。使金属内部一个自由电子逸出金属表面所需要的最小能量叫做这种金属的表面所需要的最小能量叫做这种金属的。单个孤立原子单个孤立原子+-大量原子组成晶体后大量原子组成晶体后外层电子能级外层电子能级内层电子能级内层电子能级+-按照经典电磁波理论，光的强度越大，光波电矢量按照经典电磁波理论，光的强度越大，光波电矢量E的幅度的幅
17、度越大，作用在金属内电子的强迫力越大，光电子获得的能量也越大，作用在金属内电子的强迫力越大，光电子获得的能量也越大，逸出金属后的初动能也越大，但越大，逸出金属后的初动能也越大，但实验事实是光电子最大实验事实是光电子最大初动能与光强无关，与入射光的频率有关初动能与光强无关，与入射光的频率有关。按照经典电磁波理论，光波是连续传播的，金属中的电子按照经典电磁波理论，光波是连续传播的，金属中的电子将连续不断地从入射波中吸收能量，只要入射光波有足够的强将连续不断地从入射波中吸收能量，只要入射光波有足够的强度，就能够提供电子足够的能量，也就是说，光的波动理论不度，就能够提供电子足够的能量，也就是说，光的波
18、动理论不能解释能解释“红限频率红限频率”的存在。的存在。按照经典电磁波理论，金属中的电子从入射波吸收能量需按照经典电磁波理论，金属中的电子从入射波吸收能量需要积累到一定量值才能逸出金属表面。入射光愈弱，能量积累要积累到一定量值才能逸出金属表面。入射光愈弱，能量积累的时间愈长。然而的时间愈长。然而实验中并没有观察到可察觉的时间延迟实验中并没有观察到可察觉的时间延迟。但实验结果却是：无论入射光如何微弱，只要频率大但实验结果却是：无论入射光如何微弱，只要频率大于红限频率，光电子几乎立刻就发射出来。于红限频率，光电子几乎立刻就发射出来。估算：设阴极由金属钾估算：设阴极由金属钾 K K（逸出功（逸出功2
19、.3 eV2.3 eV）制成）制成.min,88107106.13.2:,107)105.0(3412319232102光光电电子子逸逸出出十十分分钟钟之之后后才才会会有有也也就就是是说说要要等等光光照照射射几几的的时时间间约约为为则则要要获获得得的的能能量量所所需需要要量量若若电电子子能能全全部部吸吸收收此此能能原原子子上上的的功功率率光光源源辐辐射射到到 WPK 单色点光源单色点光源P=1WP=1WmrK10105.0 原原子子3m3m 1905 1905年爱因斯坦提出：在某些条件下，光的能量好象集中成年爱因斯坦提出：在某些条件下，光的能量好象集中成一团，即所谓的一团，即所谓的光子光子。当
20、光子射向金属表面时，入射光子与金。当光子射向金属表面时，入射光子与金属中的电子碰撞，电子吸收一个光子的能量属中的电子碰撞，电子吸收一个光子的能量hh，一部分用来一部分用来克服金属对它的束缚，即消耗在逸出功克服金属对它的束缚，即消耗在逸出功W W上，另一部分转化为上，另一部分转化为电子离开金属表面后的初动能。电子离开金属表面后的初动能。Whmvm 221爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效应应方方程程3 3、爱因斯坦光电效应方程、爱因斯坦光电效应方程 为为红红限限波波长长称称为为截截止止频频率率称称时时，当当maxminmaxmin0 Whchvm哈哈，我赢了Whmvm 221爱爱因因斯斯坦坦光光电电效
21、效应应方方程程爱因斯坦光子理论可以成功地解释光电效应的实验规律：爱因斯坦光子理论可以成功地解释光电效应的实验规律：可以解释饱和光电流与入射光强成正比可以解释饱和光电流与入射光强成正比（光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大）；（光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大）；可以解释光电子最大初动能与入射光频率的关系可以解释光电子最大初动能与入射光频率的关系（从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系）；（从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系）；可以解释可以解释“红限频率红限频率”的存在的存在（从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到红限频率）（从光电效
22、应方程中，当初动能为零时，可得到红限频率）；可以解释光电效应的瞬时性问题可以解释光电效应的瞬时性问题（电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间的累积（电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间的累积）。）。金属金属逸出功逸出功WW（电子伏特）（电子伏特）极限波长极限波长 maxmax（微米）（微米）钾钾 K K2.252.250.5510.551钠钠 NaNa2.292.290.5410.541锂锂 LiLi2.692.690.4610.461钙钙 CaCa3.203.200.3870.387镁镁 MgMg3.673.670.3380.338铬铬 CrCr4.374.
23、370.2840.284钨钨 WW4.544.540.2740.274铜铜 CuCu4.364.360.2840.284银银 AgAg4.634.630.2680.268金金 AuAu4.804.800.2580.258若干金属的逸出功若干金属的逸出功WW、和、和 maxmax4 4、爱因斯坦光子理论、爱因斯坦光子理论 一束光就是一粒一粒以光速一束光就是一粒一粒以光速C运动的粒子流，这种运动的粒子流，这种光粒子称为光粒子称为光量子光量子，简称为，简称为；单个光子携带的能量为单个光子携带的能量为=h；光强为光强为I 的光束，的光束，I=Nh，N为光子数为光子数利用光电效应中光电流与入射利用光电效
24、应中光电流与入射光强成正比的特性，可以制造光强成正比的特性，可以制造光电转换器，实现光信号与电光电转换器，实现光信号与电信号之间的相互转换。这些光信号之间的相互转换。这些光电转换器如光电管等，广泛应电转换器如光电管等，广泛应用于光功率测量、光信号记录用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动控制等诸、电影、电视和自动控制等诸多方面。多方面。【例题】【例题】已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是的最大动能是 1.2 eV，而钠的红限波长是，而钠的红限波长是 540 nm，那，那么入射光的波长是么入射光的波长是 nm。nmhchcEWhchWhc
25、WhEkmkm355105401031063.61031063.6106.12.1983483419000 【例题】【例题】已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是的最大动能是 1.2 eV，而钠的红限波长是，而钠的红限波长是 540 nm，那，那么入射光的波长是么入射光的波长是 nm。nmhchcEkm355540124012402.10 eVnmmJhc 124010106.11031063.61031063.6919834834当光束通过光学性质不均匀的介质（如：雾、含有悬浮微粒的当光束通过光学性质不均匀的介质（如：雾、含有悬浮微粒的液体等
26、）时，会发生部分光线偏离原来传播方向的现象，从而液体等）时，会发生部分光线偏离原来传播方向的现象，从而从侧面可以看到光的现象，称为从侧面可以看到光的现象，称为。光的颜色偏红光的颜色偏红白光白光光的颜色偏蓝光的颜色偏蓝悬浊液（微粒线度小于悬浊液（微粒线度小于波长）如：在清水中加波长）如：在清水中加入少量牛奶入少量牛奶瑞利曾对光散射现象进行了较系统研究，发现：瑞利曾对光散射现象进行了较系统研究，发现：波长较短的蓝光散射较强，而波长较长的红色光穿波长较短的蓝光散射较强，而波长较长的红色光穿透力较强。透力较强。例如：例如：“红日、朝阳、夕阳红日、朝阳、夕阳”（短波部分被大气层散（短波部分被大气层散射，
27、呈红色）；射，呈红色）；“红外线更适合于远距离摄影和遥感技术红外线更适合于远距离摄影和遥感技术”；“蓝色的天空蓝色的天空”（短波部分被散射到人眼，呈蓝（短波部分被散射到人眼，呈蓝色）；色）；根据经典电磁理论，当频率为根据经典电磁理论，当频率为 的电磁波通过物质的电磁波通过物质时，将引起物质内部带电粒子作同频率的受迫振动，时，将引起物质内部带电粒子作同频率的受迫振动，即：受迫振动的频率等于入射光的频率，并向四周发即：受迫振动的频率等于入射光的频率，并向四周发出辐射，形成散射光，因此，散射光的波长应与入射出辐射，形成散射光，因此，散射光的波长应与入射光的波长相同。光的波长相同。若用单色光照射，散射
28、光波长与入射光波长几乎相若用单色光照射，散射光波长与入射光波长几乎相同。同。在在19221923年间，美国科学年间，美国科学家康普顿研究了家康普顿研究了X 射线射经过石墨射线射经过石墨等物质的散射现象等物质的散射现象，发现：，发现：X 射线射线被散射后，除部分波长没有改变被散射后，除部分波长没有改变外，还有部分波长变长，这种现外，还有部分波长变长，这种现象称为象称为。康普顿因此荣获了。康普顿因此荣获了1927年年Nobel物理学奖。物理学奖。康普顿散射实验装置如下图所示。康普顿散射实验装置如下图所示。X X射线源发射一束波长为射线源发射一束波长为 0 0的的X X射线，投射到一块石墨上。从石墨
29、中出射的射线，投射到一块石墨上。从石墨中出射的X X射线沿着各个射线沿着各个方向，这称为散射。散射光强度及其波长用方向，这称为散射。散射光强度及其波长用X X射线谱仪来测量射线谱仪来测量。康普顿散射是又一个为光量子理论提供实验证据康普顿散射是又一个为光量子理论提供实验证据的著名效应。我国物理学家吴有训（康普顿的研究生）的著名效应。我国物理学家吴有训（康普顿的研究生）与康普顿合作，在康普顿的与康普顿合作，在康普顿的X射线散射研究中进行了射线散射研究中进行了多项实验，为康普顿效应的进一步确立和公认作出了多项实验，为康普顿效应的进一步确立和公认作出了部分重要工作。部分重要工作。经典电磁理论对经典电磁
30、理论对康普顿（康普顿（Compton）效应效应波长变长波长变长现象无法解释，康普顿现象无法解释，康普顿效应实质上是效应实质上是“光子与自由电子光子与自由电子作完全弹性碰撞的结果作完全弹性碰撞的结果”。入射光子入射光子反冲电子反冲电子散射光子散射光子chh00 chh vmmc2吸收部分能量吸收部分能量能量减少，波长变长能量减少，波长变长 cYmVchXmVchchhmchcm 且且方方向向动动量量守守恒恒方方向向动动量量守守恒恒能能量量守守恒恒)(sinsin0)(coscos)(02020 cYmVchXmVchchhmchcm 且且方方向向动动量量守守恒恒方方向向动动量量守守恒恒能能量量守
31、守恒恒)(sinsin0)(coscos)(02020 oshhhcVmmVchmVchhcmhmc0222202222020022sinsincoscos 由由动动量量守守恒恒式式由由能能量量守守恒恒式式 22102222022222002 oshhhcVmcmhmc 由由动动量量守守恒恒式式由由能能量量守守恒恒式式 0200242042022422224222cos12121hcmhcmcmcVcmcVmcm式式，得得式式 cos1000 cmhcc 0002028313402000110024.0103101.91063.6cos12sin2cos1 hchchhcmmcEnmcmhcm
32、hcmhkcc反反冲冲电电子子动动能能为为电电子子的的康康普普顿顿波波长长其其中中：和和在物理本质上是相同的在物理本质上是相同的，都是光子与电子之间的相互作用。所不同的是：，都是光子与电子之间的相互作用。所不同的是：在康普顿散射中，当光子与在康普顿散射中，当光子与自由电子或束缚较弱自由电子或束缚较弱的电子的电子碰撞后，波长由碰撞后，波长由 +；当光子与；当光子与内层电子内层电子或束缚较强的电子或束缚较强的电子碰撞后，可以认为光子是与整个原碰撞后，可以认为光子是与整个原子发生碰撞，计算式中电子的质量子发生碰撞，计算式中电子的质量m0要换为原子的质要换为原子的质量量M，0，入射光波长保持不变。入射
33、光波长保持不变。（1）入射光子的波长不同。入射光子的波长不同。在光电效应中，入射光子在光电效应中，入射光子:可见光到紫外光，光子能量可见光到紫外光，光子能量:与原子中束缚电子的束缚能非常接近。与原子中束缚电子的束缚能非常接近。康普顿散射中，入射光子康普顿散射中，入射光子:X射线，光子能量射线，光子能量:远大于电远大于电子的束缚能。子的束缚能。光电效应是光电效应是的相互作用；而康普顿的相互作用；而康普顿效应是效应是的相互作用。的相互作用。波长波长1的的X射线射线，其光子能量，其光子能量 104 eV，外层电子束缚能外层电子束缚能 eV,室温下室温下 kT10-2eV （2）在）在光电效应光电效应
34、中，电子吸收光子的全部能量，中，电子吸收光子的全部能量，满足满足能量守恒定律能量守恒定律，但因为电子受原子核的作用力，但因为电子受原子核的作用力，并不满足动量守恒定律并不满足动量守恒定律；在在康普顿散射康普顿散射中既满足中既满足能量守恒定律能量守恒定律，也满足，也满足动量守动量守恒定律恒定律。（3）在光电效应中也会发生康普顿效应，但）在光电效应中也会发生康普顿效应，但太小，不易观察到。如：太小，不易观察到。如：=400 nm（紫光），（紫光），=，=0.0048 nm，/=10-5 在康普顿散射中也会产生光电子，但由于在康普顿散射中也会产生光电子，但由于X射线射线的能量的能量104105电子伏
35、特，远大于只有几个电子伏特电子伏特，远大于只有几个电子伏特的原子电离能，产生的光电子数目少，能量大，也不的原子电离能，产生的光电子数目少，能量大，也不易观察到。易观察到。【例题】【例题】设康普顿效应中入射的设康普顿效应中入射的 X 射线的波长射线的波长=0.07nm，散射的，散射的X 射线与入射的射线与入射的 X 射线垂直，射线垂直，求反冲电子的动能？求反冲电子的动能？nmnmnmnmnmcmh0724.00024.007.00024.0cos10024.0cos1000 eVnmnmnmeVnmhchchcEK2.5870724.007.00024.0124000 反反冲冲电电子子的的能能量
36、量【例题】【例题】设康普顿效应中入射的设康普顿效应中入射的 X 射线的波长射线的波长=0.07nm，散射的，散射的X 射线与入射的射线与入射的 X 射线垂直，射线垂直，求反冲电子的动能？求反冲电子的动能？从光在传播过程中发生的干涉、衍射、偏振等现从光在传播过程中发生的干涉、衍射、偏振等现象来看，光具有象来看，光具有，可以用波长、频率和相，可以用波长、频率和相位等概念来描述。位等概念来描述。从光与物质相互作用过程中发生的黑体辐射、光从光与物质相互作用过程中发生的黑体辐射、光电效应、康普顿散射（未讲）等现象来看，光具有电效应、康普顿散射（未讲）等现象来看，光具有，可以用能量和动量等概念来描述。，可以用能量和动量等概念来描述。hchmcpmcvcmmchE 光光子子的的动动量量光光子子的的静静止止能能量量为为零零光光子子的的能能量量01022202 khphE nmmcHzhEhE24.11024.11042.21031042.21063.6106.1100.191781734193 与与频频率率光光子子的的波波长长求求能能量量例例题题keVE0.1 课后作业课后作业：23-2 23-6 23-9 23-11
