光谱分析在科学技术中的应用精选PPT.ppt

关于光谱分析在科学技术中的应用第1页，讲稿共44张，创作于星期日光的本性光的本性1672牛顿牛顿微粒说微粒说T/年年惠更斯惠更斯波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说波波波波动动动动性性性性粒粒子子性性1801托马斯托马斯杨杨双缝干涉双缝干涉实验实验1814菲涅耳菲涅耳衍射实验衍射实验赫兹赫兹电磁波实验电磁波实验1888赫兹赫兹发现光电效应发现光电效应牛顿微粒说占牛顿微粒说占主导地位主导地位波动说波动说渐成真理渐成真理.第2页，讲稿共44张，创作于星期日2.22.2涅涅槃槃凤凰再飞翔凤凰再飞翔第3页，讲稿共44张，创作于星期日用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。一、光电效应一、光电效应现象现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电第4页，讲稿共44张，创作于星期日用弧光灯照射擦得很亮的锌板，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电注意用导线与不带电的验电器相连），的验电器相连），使验电使验电 器张角增大到约为器张角增大到约为 30度时，度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。针张角会变大。表明锌板在射线照射下失去电子而带正电表明锌板在射线照射下失去电子而带正电一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律第5页，讲稿共44张，创作于星期日1.1.什么是光电效应什么是光电效应 当光线照射在金属表面时，金属中有当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为电子逸出的现象，称为光电效应光电效应。逸逸出的电子称为出的电子称为光电子光电子。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流 第6页，讲稿共44张，创作于星期日一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律2.2.光电效应实验光电效应实验规律规律（1）存在饱和电流）存在饱和电流光照不变，增大光照不变，增大UAK，G表中电流达表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和到某一值后不再增大，即达到饱和值。值。因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，K发射的电子发射的电子数目一定。数目一定。实验表明：实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。越多。阳极阳极阴极阴极第7页，讲稿共44张，创作于星期日：使光电流减小到零的反向电压：使光电流减小到零的反向电压+一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一v加反向电压，如右图所示：加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子速光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。度方向相反，光电子作减速运动。若若最大的初动能最大的初动能U=0时，时，I0，因为电子有初速度因为电子有初速度则则I=0，式中，式中UC为为遏止电压遏止电压一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC CEEUFKA第8页，讲稿共44张，创作于星期日IIsUaOU黄光（黄光（强）强）黄光（黄光（弱）弱）光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律兰光兰光Ub(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率阳极阳极阴极阴极第9页，讲稿共44张，创作于星期日实验表明实验表明:对于一定对于一定颜色颜色颜色颜色(频率频率频率频率)的光的光,无论光的强弱如何无论光的强弱如何,遏止遏止电压是一样的电压是一样的.光的频率光的频率光的频率光的频率 改变改变是，是，遏止电压也会改变。遏止电压也会改变。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC C光电子的光电子的最大初动能最大初动能只与只与入射入射光的频率光的频率有关，与入射光的强有关，与入射光的强弱无关。弱无关。阳极阳极阴极阴极第10页，讲稿共44张，创作于星期日经研究后发现：经研究后发现：一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律b.存在存在截止频率截止频率 c对于每种金属，都对于每种金属，都相应确定的截止频相应确定的截止频率率 c。当入射光频率当入射光频率 c 时，电子才时，电子才能逸出金属表面；能逸出金属表面；当入射光频率当入射光频率当入射光频率当入射光频率 WW0 0 0 0时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出，就是光电效应就是光电效应的截止频率。的截止频率。电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金属光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。时产生的光电子多，因而饱和电流大。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第19页，讲稿共44张，创作于星期日由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律应的实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。4.4.光电效应理论的验证光电效应理论的验证 美国物理学家密立根，花了十年时间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应光电效应”实验，实验，结果在结果在1915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全的值与理论值完全一致，又一次证明了一致，又一次证明了“光量子光量子”理论的正确。理论的正确。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第20页，讲稿共44张，创作于星期日爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效应光电效应的的理论解释和对理论解释和对理论物理学理论物理学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光光电效应电效应，特别是通过著名的，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小油滴实验，证明电荷有最小单位。单位。获得获得19231923年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖理学奖。第21页，讲稿共44张，创作于星期日放大器放大器控制机构控制机构 可以用于自动控制，可以用于自动控制，可以用于自动控制，可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。四四.光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用1.1.1.1.光控继电器光控继电器光控继电器光控继电器可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放大，可使光电流放大大，可使光电流放大105 5108 8 倍，灵敏度高，倍，灵敏度高，倍，灵敏度高，倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、军事等方面军事等方面军事等方面军事等方面。2.2.光电倍增管光电倍增管第22页，讲稿共44张，创作于星期日应 用n光电管光电源电流计IAK第23页，讲稿共44张，创作于星期日 康普顿效应康普顿效应第第2课时课时2.2涅槃凤凰再飞翔第24页，讲稿共44张，创作于星期日1.光的散射光的散射光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生因而传播方向发生改变改变,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射2.2.康普顿效应康普顿效应 1923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角改变量与散射角有关，而与入射线波长有关，而与入射线波长 和散射物和散射物质都无关质都无关。一一.康普顿效应康普顿效应第25页，讲稿共44张，创作于星期日3.3.康普顿散射的实验装置与规律：康普顿散射的实验装置与规律：晶体晶体 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器X 射线谱仪射线谱仪 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j 0散射波长散射波长 一一.康普顿效应康普顿效应第26页，讲稿共44张，创作于星期日康普顿正在测晶体对康普顿正在测晶体对X 射线的散射射线的散射 按经典电磁理论：按经典电磁理论：如果入射如果入射X光是某光是某 种波长的电磁波，种波长的电磁波，散射光的波长是散射光的波长是 不会改变的！不会改变的！一一.康普顿效应康普顿效应第27页，讲稿共44张，创作于星期日康普顿散射曲线的特点：康普顿散射曲线的特点：a.除原波长除原波长 0外出现了移向长外出现了移向长波方向的新的散射波长波方向的新的散射波长 。b.新波长新波长 随散射角的增大而增随散射角的增大而增大。大。散射中出现散射中出现 0 的现象，称的现象，称为为康普顿散射。康普顿散射。波长的偏移为波长的偏移为=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o（A）0.7000.750波长波长.0 一一.康普顿效应康普顿效应第28页，讲稿共44张，创作于星期日称为电子的称为电子的Compton波长波长只只有有当当入入射射波波长长 0与与 c可可比比拟拟时时，康康普普顿顿效效应应才才显显著著，因因此此要要用用X射射线线才才能能观观察察到到康康普普顿顿散散射射，用用可可见见光光观观察不到康普顿散射。察不到康普顿散射。波长的偏移只与散射角波长的偏移只与散射角 有关，有关，而与散射物质而与散射物质种类及入射的种类及入射的X X射线的波长射线的波长 0 0 无关，无关，c=0.0241=2.41 10-3nm（实验值）（实验值）一一.康普顿效应康普顿效应第29页，讲稿共44张，创作于星期日1.1.经典电磁理论在解释康普顿效应时经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难遇到的困难二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入其频率等于入射光频率射光频率，所以它所发射的，所以它所发射的散射光频率散射光频率应等于应等于入入射光频率射光频率。无法解释波长改变和散射角关系。无法解释波长改变和散射角关系。第30页，讲稿共44张，创作于星期日2.2.光子理论对康普顿效应的解释光子理论对康普顿效应的解释二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，电子，散射光子散射光子的能量减少，于是的能量减少，于是散射光散射光的波长大于的波长大于入射光入射光的波长。的波长。若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。不变。因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。长改变和散射角有关。第31页，讲稿共44张，创作于星期日1.1.有力地支持了爱因斯坦有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设；假设；2.2.首次在实验上证实了首次在实验上证实了“光子具有动量光子具有动量”的假设；的假设；3.3.证实了证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。守恒定律仍然是成立的。康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。三三.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义第32页，讲稿共44张，创作于星期日康康普普顿顿效效应应康康普普顿顿效效应应康普顿康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家美国物理学家1927第33页，讲稿共44张，创作于星期日19251926年，吴有训用银的年，吴有训用银的X射线射线(0=5.62nm)为入射线为入射线,以以15种轻重不同的元素为散射物质，种轻重不同的元素为散射物质，4.吴有训对研究康普顿效应的贡献吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年年,参加了发现康普顿效应的研究工作参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了对证实康普顿效应作出了重要贡献。重要贡献。在同一散射角在同一散射角()测量测量各种波长的散射光强度，作各种波长的散射光强度，作了大量了大量 X 射线散射实验。射线散射实验。（1897-19771897-1977）吴有训吴有训三三.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义第34页，讲稿共44张，创作于星期日四四.光子的动量光子的动量第35页，讲稿共44张，创作于星期日动量能量是描述粒子的动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的频率和波长则是用来描述波的第36页，讲稿共44张，创作于星期日光的粒子性光的粒子性一、光电效应的基本规律一、光电效应的基本规律小结小结1.光电效应现象光电效应现象2.光电效应实验规律光电效应实验规律 对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；这个频率就不能发生光电效应；当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比；射光的强度成正比；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；射光的频率增大而增大；入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过不超过不超过不超过1010-9-9秒秒秒秒.第37页，讲稿共44张，创作于星期日（3 3）光子说对光电效应的解释）光子说对光电效应的解释（2）爱因斯坦的光电效应方程）爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程（1 1）光子：）光子：二、光电效应解释中的疑难二、光电效应解释中的疑难第38页，讲稿共44张，创作于星期日1.1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，如图所示，这时这时()()A.A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B.B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C.C.锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D.D.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B练习练习第39页，讲稿共44张，创作于星期日2.2.一束黄光照射某金属表面时，不能产生光一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是电效应的是()()A.A.延长光照时间延长光照时间B.B.增大光束的强度增大光束的强度C.C.换用红光照射换用红光照射D.D.换用紫光照射换用紫光照射D练习练习第40页，讲稿共44张，创作于星期日4.4.能引起人的视觉感应的最小能量为能引起人的视觉感应的最小能量为1010-18-18J J，已知可，已知可见光的平均波长约为见光的平均波长约为0.60.6 m m，则进入人眼的光子数，则进入人眼的光子数至少为至少为 个，恰能引起人眼的感觉个，恰能引起人眼的感觉.练习练习3第41页，讲稿共44张，创作于星期日5.5.关于光电效应下述说法中正确的是关于光电效应下述说法中正确的是()()A.A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大而增大B.B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应就一定能产生光电效应C.C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关的频率无关D.D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应的光不能发生光电效应练习练习D第42页，讲稿共44张，创作于星期日练习练习课本课本P391、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？看，这种光是否一定最亮？为什么？在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最高。最高。紫光不是最亮的。紫光不是最亮的。一为光强，一为光强，因为光的亮度由两个因素决定，因为光的亮度由两个因素决定，二为人眼的视觉灵敏度。二为人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。第43页，讲稿共44张，创作于星期日感感谢谢大大家家观观看看17.10.2022第44页，讲稿共44张，创作于星期日