時間：2023-05-30 10:46:46
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇光電效應，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【教學時間】一課時。
【教學目標】
1.知識與技能
了解并識別光電效應現(xiàn)象。
能表述光電效應現(xiàn)象的規(guī)律。
了解光子的概念，會用光子說解釋光電效應現(xiàn)象的規(guī)律。
理解光電效應方程。
粗略了解光電效應研究史實。
2.過程與方法
觀察赫茲實驗中的放電現(xiàn)象，體驗發(fā)現(xiàn)的過程。
經(jīng)歷“探究光電效應規(guī)律”的過程，獲得探究活動的體驗。
嘗試發(fā)現(xiàn)波動理論面對光電效應規(guī)律遇到的困難。
領(lǐng)略“觀察、實驗──提出假說──實驗驗證──新的假說……”的物理學研究方法。
3.情感態(tài)度與價值觀
體驗探究自然規(guī)律的艱辛與喜悅。
陶冶崇尚科學、仰慕科學家，欣賞物理學的奇妙與和諧的情愫。
學習科學家敢于堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學態(tài)度和科學精神，培養(yǎng)判斷有關(guān)信息是否科學的意識。
【教學用具】
1.實驗裝置赫茲實驗裝置;光電效應現(xiàn)象演示裝置。
2.多媒體課件;資料文字;赫茲實驗裝置示意動畫;研究光電效應實驗示意動畫;光電效應的波動說描述與光子說描述動畫;密立根證實光電方程實驗示意動畫;普朗克、愛因斯坦、密立根資料圖片動畫;
【設計理念】本課教材蘊含著十分豐富的教學內(nèi)容：在知識方面，本課作為后牛頓物理兩大支柱之一──量子理論的入門，涉及量子物理最基礎(chǔ)的內(nèi)容，同時，還有著厚重的物理學科文化積淀，有物理學史、科學方法、辯證唯物主義思想、創(chuàng)新意識等人文精神教育的題材。教材在知識陳述上較為淺顯直接，而關(guān)于這些知識的“背景”，則是相當豐滿、承賦人文，為實施“科學的人文教育價值”提供了很大的空間?；诮滩奶攸c，本教案設計“以人為本”，突出從赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應，勒納德研究光電效應規(guī)律，愛因斯坦提出光子說解釋光電效應規(guī)律，到密立根實驗驗證光電效應方程，物理學家們上下求索三十年的歷程，在讓學生學到量子論基礎(chǔ)知識與基本技能、發(fā)展微觀思維方法的同時，獲得物理課程文化的浸潤與陶冶，體現(xiàn)物理教育在個性品質(zhì)、好奇求知、質(zhì)疑創(chuàng)新、科學美及責任心等方面的價值導向。
本課總體設計思想是：課堂教學以光電效應三十年精彩歷程為線索，通過充分展示圍繞“光電效應”所發(fā)生的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、研究規(guī)律、提出假說、實驗驗證這樣一個科學發(fā)現(xiàn)過程，在科學過程展示中推出學科知識，滲透科學思想方法，借助多媒體課件播放、實驗裝置重現(xiàn)現(xiàn)象及教師解說，著力于撼動青年學生崇尚科學的情感，弘揚深厚的物理課程文化。
【教學過程】全課以下列四個標題作引導，按歷史的發(fā)展順序展開教學活動。
(動畫顯示課題后，教師引入主題)
引入本課要學習的光電效應，在量子理論的發(fā)展中有著特殊的意義。人類對光的本性的認識，到麥克斯韋提出光是一種電磁波，光的波動說似乎已完美無缺了。然而，就是在證實電磁波存在的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了光具有粒子性的重大事實，這就是光電效應現(xiàn)象。光電效應及其規(guī)律的研究，使人類對物質(zhì)世界的觀念發(fā)生了變革：大自然在微觀層次上是不連續(xù)的，即“量子化”的，而不是牛頓物理假設的在一切層次上都是連續(xù)的!光電效應最先由赫茲發(fā)現(xiàn)，他的學生勒納德對光電效應的研究卓有成效并獲1905年諾貝爾物理學獎，愛因斯坦提出光子論從理論上成功解決了光電效應面臨的難題并因此獲1921年諾貝爾物理學獎，美國物理學家密立根通過精確實驗證實了愛因斯坦的理論，并獲1923年諾貝爾物理學獎。光電效應的科學之光經(jīng)眾多物理學家前赴后繼，三十年努力求索，在物理學史上成為絢麗奪目的篇章。讓我們翻開這炫目的一頁，沐浴科學的陽光吧!
(屏幕切換顯示四個標題)
一、赫茲意外發(fā)現(xiàn)光電效應
介紹赫茲實驗動畫顯示赫茲實驗示意圖如圖1所示。1885年，赫茲用如圖1所示的裝置來證實電磁波的存在：電磁波發(fā)生器是在兩根銅棒上各焊接一個磨光的黃銅球，另一端各連接一塊正方形鋅板，它們共軸放置，兩球間留有一空隙，它們相當于一個電容器，與感應圈連接，構(gòu)成了LC電路，感應圈使兩黃銅球聚集大量電荷，從而在空隙間產(chǎn)生電火花，形成高頻振蕩電流，輻射高頻電磁波。與這個回路相距一定距離有電磁波接收器，是用一根粗銅導線彎成一開口的圓環(huán)，開口端各焊一黃銅球，之間有可作微調(diào)的空隙，這個接收器實際上也是一個LC電路。調(diào)節(jié)間隙改變接收電路的固有頻率可與發(fā)射過來的電磁波產(chǎn)生共振，從而在接收器的空隙間觀察到電火花。
介紹赫茲的發(fā)現(xiàn)并演示利用電火花實驗裝置，赫茲測量了電磁波速、進行了研究電磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干涉、偏振等各種波現(xiàn)象的實驗，大量反復地實驗不但證實了麥克斯韋電磁波理論，同時意外地發(fā)現(xiàn)了表明光具有粒子性的一個重要現(xiàn)象：當發(fā)射器間隙的火光被阻隔時，原來接收間隙的火花變暗(如圖3所示)，而用其他任何火花的光照射到接收器銅球，也能促使間隙發(fā)生電火花，進一步研究發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象中直接起作用的是火光中的紫外線，當火花的光照到間隙的負極時，作用最強，這種情況下接收器間隙發(fā)生的電火花實際上是紫外線的照射使一極銅球上飛出電子到另一極銅球所形成，赫茲稱之為“紫外光對放電現(xiàn)象的效應”，也就是光電效應。
演示光電效應現(xiàn)象動畫顯示光電效應演示儀原理如圖4所示，課堂演示，引導學生觀察在紫外線照射下，電流計指示電路中出現(xiàn)了電流。
歸納什么是光電效應
(文字顯示)
在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象，叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子。
二、勒納德研究光電效應現(xiàn)象的規(guī)律
引入赫茲的發(fā)現(xiàn)吸引了許多人去深入研究光電效應成因與規(guī)律，其中德國物理學家、赫茲的助手勒納德的研究卓有成效。對光電效應的研究方向就是弄清其發(fā)生的條件。
介紹勒納德實驗研究原理動畫顯示勒納德研究光電效應規(guī)律的實驗裝置如圖5所示。當入射光照射到光潔的金屬陰極K表面，就有光電子發(fā)射出來，若有光電子到達陽極A，電路中就有電流，所以可通過電流計了解用各種光照射陰極K以及對兩極加不同電壓時的光電流，從中摸索規(guī)律。
介紹勒納德實驗研究結(jié)果勒納德通過實驗總結(jié)出光電效應現(xiàn)象的重要規(guī)律：
(文字顯示)
1.對各種金屬都存在著極限頻率和極限波長，低于極限頻率的任何入射光強度再大、照射時間再長都不會發(fā)生光電效應。
2.光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。
3.只要入射光頻率高于金屬的極限頻率，照到金屬表面時光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，不超過10-9s。
4.發(fā)生光電效應時，光電流的強度與入射光的強度成正比。
光電效應規(guī)律性的演示用如圖4所示的光電效應演示儀演示(1)用紅光、藍光照射鋅板時，不會產(chǎn)生光電流;(2)用玻璃隔斷紫外線時，光電流消失;(3)光電流達到飽和后，改變電壓，光電流不變，改變?nèi)肷涔鈴姸?，光電流增大?/p>
設問1.用光的電磁波理論如何解釋光電效應的發(fā)生?
2.波動理論可以解釋光電效應發(fā)生時的規(guī)律嗎?
討論與總結(jié)請全班同學議論，由學生嘗試定性解釋光電效應后，教師概括輔以如圖6所示動畫顯示：光到達金屬表面時，連續(xù)的電磁波能量分布在其表面，振動的電磁場不斷地“搖晃”金屬表面的電子，一些結(jié)合最松散的電子被搖下來。
由學生提出現(xiàn)有理論與觀察事實的矛盾后，教師整理為兩大困難，并以文字顯示。
矛盾波動理論解釋實驗事實
之一
之二到達金屬表面的光能量連續(xù)地分布，對某個電子只能吸收其中很少一部分，應有一段時間積累到足夠的能量方能從金屬表面掙脫。
光波的振幅表征光能量大小，強光對金屬作用足夠長時間，有足夠能量應該可以使電子從金屬表面掙脫。光電效應是否產(chǎn)生存在極限頻率(波長)而與光強無關(guān)，光電子最大初動能也只與入射光頻率成正相關(guān)。
若能發(fā)生光電效應，即使光很弱，也是瞬間發(fā)生的
三、愛因斯坦提出光子論圓滿解釋
引入觀察與理論的互動就是科學，觀察是科學進程的開端，觀察激發(fā)思考導致理論以解釋觀察結(jié)果，而理論又在新的觀察中受到檢驗、引發(fā)新的理論，對觀察結(jié)果進行解釋或統(tǒng)一。
原來的電磁波理論與光電效應的實驗事實不相符合，促使人們改變認識，構(gòu)建新的思想框架來解釋觀察結(jié)果。1905年，愛因斯坦用突破性的量子化思想對光電效應做出了現(xiàn)在為科學界普遍接受的解釋。
介紹愛因斯坦光量子假說教師介紹普朗克對電磁波輻射所作的量子化假設：振動物體的能量只能取特定的一組允許值。這種思想在當時并沒有引起人們多少注意，但愛因斯坦敏銳地捕捉了這一思想閃光，并徹底貫穿到光的輻射與吸收問題中。
教師介紹光子說，并顯示文字內(nèi)容：
在空間傳播的光(的能量)不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子，一份光子的能量E=hv。
用光子說對光電效應規(guī)律作解釋用如圖7所示動畫輔助描述光子說下的光電效應：光子像下雨一樣落在金屬表面上，打出電子，就像機槍子彈從混凝土墻上打下混凝土塊一樣。
解釋極限頻率的存在;
解釋光電效應的瞬時性;
給出逸出功概念，用光電效應方程
(屏幕展示)解釋光電子最大初動能只與入射光頻率正相關(guān);
解釋光電流的強度與入射光的強度成正比。
小結(jié)在愛因斯坦提出光子模型后，用來解釋光電效應變得出奇地簡單明了，今天，我們中學生運用光電方程計算光電效應已不是什么難題，但在上個世紀初，科學家對量子化的物理卻極不適應，愛因斯坦的獨創(chuàng)性、物理洞察力和對簡潔解釋的追求使他在忙碌的1905年發(fā)表了相對論，成功解釋了光電效應，建樹起近代物理學研究的兩座豐碑。
四、密立根精確實驗證實光電效應方程
引入至此，研究光電效應的科學活動并未完成，愛因斯坦的光子假設與光電方程作為假說──一種有根據(jù)的猜測，一種嘗試性的未經(jīng)確認的看法，要上升為理論，要為人們認同──當時對這一假說的懷疑超過了狹義相對論，甚至包括普朗克本人也持反對態(tài)度，還必須經(jīng)受實驗的檢驗。許多物理學家都想方設法用實驗測量普朗克恒量h，驗證光電效應方程。
簡介密立根的工作一直對光子假設持有保留的美國物理學家密立根，設計了高精確度的實驗裝置如圖8所示，經(jīng)過十年的試驗，不斷解決一些技術(shù)難點，終于驗證了光電方程的直線性，并測出普朗克恒量h=6.56×10-34j·s，在事實面前，密立根服從真理，宣布愛因斯坦假說得到證實?？茖W就是嚴峻的懷疑態(tài)度和對新思想的開放態(tài)度的混合，科學常常會發(fā)生這種情況：科學家說：“那的確是個好論據(jù)，我錯了。”然后真的改變想法，揚棄舊觀點，科學就是這樣進步的。
全課總結(jié)本課學習，我們了解了光電效應現(xiàn)象，了解了進行科學活動的方法。光電效應把我們帶進了量子化的物理學，光電效應告訴我們理解微觀世界要有新的觀念，光電效應引領(lǐng)了近代物理學的發(fā)展，對哲學、文化和技術(shù)的影響深遠。讓我們懷著對量子理論先驅(qū)們的崇敬心情，從科學回到生活。
播放音樂與三位物理學家資料畫像，如圖9所示。
[課件簡介]本課件采用PowerPointXP-F1ashMX制作，充分發(fā)揮PowerPoint媒體展示功能與FIashMX的強大的動畫功能。其制作過程如下：
當射光的頻率v大于金屬板的極限頻率時，金屬板上的電子就會逸出光電子，即發(fā)生光電效應(與光照時間無關(guān))。入射光的頻率越大，電子的初動能越大，愛因斯坦光電效應方程式:ek-hv-w逸。光電效應與經(jīng)典物理學有幾個區(qū)別，有自己的特點：
1、瞬時性：電子的逃逸是瞬時的。
2、是否逃逸與光的強度無關(guān)，只與頻率有關(guān)。
3、不同的金屬有不同的最大頻率和逸出功。電子有動能Ek=hv-W（h為普朗克常量,W為逸出功）。
4、如果有光電子逃逸，那么光強越大，光電流越大（不能說成正比）。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
關(guān)鍵詞：裸眼3D顯示技術(shù)；光電效應；光電材料；激光；螢火蟲效應
前言
隨著人們生活品質(zhì)的改善，對色彩和顯示技術(shù)特別是3D顯示技術(shù)提出了更高的要求。就目前3D顯示技術(shù)中，總體分為了眼鏡式3D技術(shù)以及裸眼式3D技術(shù)兩大類，并以眼鏡式3D技術(shù)的偏振式3D技術(shù)為主流[1]。但眼鏡式3D技術(shù)具有嚴重的缺陷，就是光線經(jīng)過偏振片過濾之后，亮度變暗，容易模糊不清；并且需要觀看者配戴眼鏡，這就給原本就佩戴了眼鏡（如近視眼鏡）的觀看者帶來了不便和十分糟糕的體驗，達不到預期的欣賞效果。此時裸眼3D顯示技術(shù)的探究就顯得格外重要。
從立體視覺原理來分析，每只眼睛看到的圖像會有細微的不同，根據(jù)人左右眼感光細胞的視差成像在視網(wǎng)膜上，大腦會將這些圖像處理成立體視覺效果，而不是真正在物理空間上呈現(xiàn)3D立體特征。目前主流裸眼3D顯示技術(shù)原理主要是這種基于雙目視差的深度暗示[2]。特提出一種基于光電效應的激光“螢火蟲效應”的裸眼3D顯示方法，從新的角度探索3D顯示技術(shù)。
1 理論分析
根據(jù)人眼細胞的感光頻率，光按照是否可見，分為可見光和不可見光。二者的頻率范圍不同。研究真正物理空間上呈現(xiàn)3D立體特征，需要解決的基本問題是按照各個物體的結(jié)構(gòu)顯示，那么就需要在具體的物體空間內(nèi)有可見光進入人眼，而且要符合物體的基本結(jié)構(gòu)。
由于光在介質(zhì)材料中傳播，其頻率不變，不能將不可見光轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽?，那么在顯示空間內(nèi)外都是可見光，無法顯示空間物體的基本結(jié)構(gòu)，所以不能直接使用可見光。但是如果采用不可見的激光，并在傳播中與介質(zhì)材料發(fā)生光電效應現(xiàn)象[3]。發(fā)生電子躍遷，光子逸出，使光子在合適的可見光頻率范圍內(nèi)，達到將不可見光轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽狻Ｔ賹梢姽膺M行顯示控制，使其能夠在空間內(nèi)顯示出物體，這種方法稱為“螢火蟲效應”。
“螢火蟲效應”是指假設空間內(nèi)有無數(shù)按規(guī)則排列整齊的螢火蟲，根據(jù)物體的結(jié)構(gòu)特征規(guī)則，按規(guī)則點亮該空間內(nèi)的螢火蟲，而規(guī)則外的螢火蟲則不點亮；螢火蟲時亮時暗，利用人眼的視覺暫留，由此而顯示出物體結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)該效應，光電介質(zhì)材料是空間內(nèi)按照規(guī)則排列整齊的螢火蟲；激光的光電效應產(chǎn)生光子就是點亮螢火蟲，而顯示出物體結(jié)構(gòu)特征就是按照規(guī)則發(fā)射出激光。因為光電效應的發(fā)生是不需要時間，發(fā)出激光則點亮，激光停止則瞬間熄滅，所以只要控制好激光發(fā)射的時間和位置就可以在空間內(nèi)顯示物體。
為了提高顯示效果，像素的分辨率是一項重要指標[4]。那么在“螢火蟲效應”原理下，一只螢火蟲，或者說一個光電效應所逸出的光子，就對應一個像素點。以目前技術(shù)標準，達到高清1080P畫質(zhì)，其分辨率為1920×1080PPI，每英寸的像素數(shù)為207萬。像素點大小約為3214百萬個/平方米，即激光點大小和出光口大小為3214百萬分之一m2，同時要求光電材料的敏感度為7.56萬分之一m，約為1.3×10-5m，達到了微米級別。具體空間內(nèi)的像素點越小，則分辨率越高，顯示效果就越好，那么同時對激光點大小和光電材料的敏感度的要求也越高。
2 單、雙面激光源顯示模型對比
如圖1所示，對排列整齊的光電材料的位置關(guān)系建立空間直角坐標系，某個位置點的坐標為（x1，y1，z1），單面激光源中與該位置點對應的激光點坐標為（x1，y1，0）。
在單面激光源下，要點亮坐標（x1，y1，z1），發(fā)生光電效應，需要（x1，y1，0）點的激光源發(fā)出激光。但是若Z方向上的光電材料各點的激發(fā)特性一致，在（xi，yi，0）點的激光源發(fā)出激光后，OZ方向上所有
所以需要在Z方向上光電材料各點的激發(fā)特性不一致，其激發(fā)頻率隨Z的坐標呈現(xiàn)函數(shù)關(guān)系f=f（Zi），該函數(shù)關(guān)系最好是線性的，而且要求其分辨率達到微米級別。由此，（xi，yi，0）點的激光源發(fā)出激光的頻率也符合該函數(shù)關(guān)系f=f（Zi）。
矩陣向量Z=[Z1，Z2，Z3，……，Zn]，該向量上的點亮規(guī)則矩陣G=[a1，a2，a3，……，an]，其中a1，a2，a3，……，an的取值為0或1。所以矩陣向量Z上的點是否點亮取決于ZGT=[a1Z1，a2Z2，a3Z3，……，anZn]，若ai取0，則aiZi=0，表示Zi不點亮；ai取1，則aiZi=Zi，表示Zi點亮。綜上，根據(jù)ZGT=[a1Z1，a2Z2，a3Z3，……，anZn]內(nèi)的取值，激光發(fā)射頻率f為ZGT矩陣內(nèi)各個元素對應頻率f（aiZi）的混合疊加。
同理，如圖2所示，光電材料的位置關(guān)系建立空間直角坐標系。某個位置的坐標（x2，y2，z2） ，而面激光源1中的坐標為（0，y1，z1），面激光源2中的坐標為（x2，y2，0）。
在雙面激光源下，要點亮坐標（x2i，y2i，z2i）發(fā)生光電效應，需要（0，y1i，z1i）、（x2i，y2i，0）兩點的激光源同時發(fā)出激光。因此即使光電材料激發(fā)特性的一致，也能點亮坐標（x2i，y2i，z2i）。但是，由單面激光源可知，因為光電材料的各點激發(fā)特性一致，激光頻率給定不變。一個
所以要求只有在（0，y1，z1）、（x2，y2，0）兩點的激光源同時發(fā)出激光才能點亮坐標（x2i，y2i，z2i），這就要求光電材料具有雙點激發(fā)性。
單、雙面光源優(yōu)缺點比較：單面光源只需要一面激光源，其功率小，更加節(jié)能；但需要激光點發(fā)出的激光頻率符合函數(shù)f（Zi），并且需要同一激光點發(fā)出多個頻率的激光，即多個函數(shù)值；同時對光電材料也要求符合這一頻率函數(shù)的激發(fā)特性，這二者要求難以到達。雙面光源不需要變頻激光，其頻率為定值，容易實現(xiàn)；但兩面激光源，其消耗功率大，是同等條件下單面光源的兩倍；它要求兩點同時發(fā)出激光，而且要求光電材料只有在兩點光源的匯交點時，才會被激發(fā)。
由此可知，用面激光點點亮立體點，從二維平面點到三維立體點，終究會有一個方向上的信息，不足。只有補充這個方向上的信息才可以點亮特定點。這個信息可以依據(jù)光電材料的特性設定，例如上述的激發(fā)頻率、雙點激發(fā)性，甚至還可以是溫度。這就對激光技術(shù)研發(fā)和尋找光電材料提出了新的要求。
3 結(jié)束語
文章從新的角度探索裸眼3D顯示技術(shù)，摒棄了目前主流的雙目視差的深度暗示，而是在物理空間上真實呈現(xiàn)3D立體特征。提出了一種基于光電效應的激光裸眼3D顯示方法和“螢火蟲效應”的概念。該方法提出了單、雙面光源“螢火蟲效應”的模型，并進行了點亮“螢火蟲”的規(guī)則研究。闡述了各自模型對激光和光電材料在微米級別的制造要求和特性要求，以及各自的優(yōu)缺點。
參考文獻
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作者簡介：楊超（1992-），男，湖北黃梅，學士學位，本科，機械電子工程專業(yè)。
【關(guān)鍵詞】光的散射 康普頓效應 光電效應 愛因斯坦光子說 狹義相對論 遵循相對論能量——動量守恒定律
1.康普頓效應
光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射（scattering of light）。美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應（Compton effect）。在原子物理學中，康普頓散射，或稱康普頓效應，是指當X射線或伽馬射線的光子跟物質(zhì)相互作用，因失去能量而導致波長變長的現(xiàn)象。相應的還存在逆康普頓效應——光子獲得能量引起波長變短，這一波長變化的幅度被稱為康普頓偏移。
康普頓效應通常只指物質(zhì)電子云與光子的相互作用，但還有物質(zhì)原子核與光子的相互作用——核康普頓效應存在。
康普頓效應首先在1923年由美國華盛頓大學物理學家康普頓觀察到，并在隨后的幾年間由他的研究生吳有訓（1897-1977）進一步證實?？灯疹D因發(fā)現(xiàn)此效應而獲得1927年的諾貝爾物理學獎。
光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這個現(xiàn)象稱為光電效應（photoelectric effect）。
光電效應和康普頓效應深入地揭示了光的粒子性的一面，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有之外還有動量。
在引入光子概念之后，康普頓散射可以得到如下解釋：電子與光子發(fā)生彈性碰撞，電子獲得光子的一部分能量而反彈，失去部分能量的光子則從另一方向飛出，整個過程中總動量守恒。
康普頓散射可以在任何物質(zhì)中發(fā)生.當光子從光子源發(fā)出，射入散射物質(zhì)（一般指金屬）時，主要是與電子發(fā)生作用。如果光子的能量相當?shù)停ㄅc電子束縛能同數(shù)量級），則主要產(chǎn)生光電效應，原子吸收光子而產(chǎn)生電離.如果光子的能量相當大（遠超過電子的束縛能）時，則我們可以認為光子對自由電子發(fā)生散射，而產(chǎn)生康普頓效應。如果光子能量極其大（>1.022兆電子伏特）則足以轟擊原子核而生成一對粒子：電子和正電子，這個現(xiàn)象被稱為成對產(chǎn)生。
2.康普頓頻移公式
康普頓本人引用愛因斯坦光子說和狹義相對論來解釋這一現(xiàn)象，并依據(jù)能量守恒定律和動量守恒定律推導得出散射光波長的變化值λ 的公式（康普頓頻移公式）：
λ=λ-λ0=hmc（1-cosθ）=2hmcsin2θ2
其中λ為散射光波長的變換值，λ0為碰撞前光子波長，λ為碰撞后光子波長，h為普朗克常數(shù)， m為電子質(zhì)量，c為光速，θ為光子散射角（碰撞前后的路徑夾角）。
推導如下：電子與光子發(fā)生彈性碰撞，電子獲得光子的一部分能量而反彈，失去部分能量的光子則從另一方向飛出（如圖所示），整個過程中總能量守恒、總動量守恒。
這就是康普頓頻移公式。
3.光電效應與康普頓效應區(qū)別
光電效應與康普頓效應的物理本質(zhì)是相同的，都是個別光子與個別電子的相互用，但二者有明顯差別。其一，入射光的波長不同。入射光若為可見光或紫外光，表現(xiàn)為光電效應；若入射光是X光，則表現(xiàn)為康普頓效應。其二，光子和電子相互作用的微觀機制不同。在光電效應中，電子吸收光了的全部能量，從金屬中射出，在這個過程中只滿足能量守恒定律；而康普頓散射是光子與電子作彈性碰撞，遵循相對論能量——動量守恒定律。
一般說來，當光子的能量與電子的束縛能同數(shù)量級時，主要表現(xiàn)為光電效應；當光子能量遠大于電子的束縛能量，主要表現(xiàn)為康普頓效應。用不同波長的光入射，光子與電子作用的微觀機制不同正體現(xiàn)了事物的多樣性，符合辯證唯物主義的“量變到質(zhì)變”的哲學思想。
參考文獻
一、選擇題(本大題共10小題,每小題7分,共70分。每小題至少一個答案正確,選不全得3分)
1.(2012·上海高考)根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知 ()
A.“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說”
B.光的波長越大,光子的能量越小
C.一束單色光的能量可以連續(xù)變化
D.只有光子數(shù)很多時,光才具有粒子性
2.(2013·長沙模擬)光電效應實驗中,下列表述正確的是 ()
A.光照時間越長光電流越大
B.入射光足夠強就可以有光電流
C.遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)
D.入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子
3.(2013·銀川模擬)在光電效應實驗中,某同學用同一實驗裝置在甲、乙、丙三種光的照射下得到了三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線,則 ()
A.乙光的頻率大于甲光的頻率
B.甲光的波長大于丙光的波長
C.丙光的光子能量大于甲光的光子能量
D.乙光對應的光電子初動能小于丙光對應的光電子初動能
4.如圖所示,弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后,在鋅板上形成明暗相間的條紋,與鋅板相連的驗電器的鋁箔張角增大,則此實驗可以說明 ()
A.光能發(fā)生衍射
B.光具有波粒二象性
C.驗電器的鋁箔原來帶負電
D.從鋅板上逸出帶電粒子
5.對α粒子散射實驗,下列描述正確的是 ()
A.絕大多數(shù)α粒子穿過金箔時都會明顯改變運動方向
B.少數(shù)α粒子穿過金箔時會被反向彈回
C.散射角度大的α粒子受原子核的作用力也大
D.無論散射角度大小,α粒子的機械能總是守恒的
6.當用具有1.87eV能量的光子照射n=3激發(fā)態(tài)的氫原子時 ()
A.氫原子不會吸收這個光子
B.氫原子吸收該光子后被電離,電離后電子的動能為0.36 eV
C.氫原子吸收該光子后被電離,電離后電子的動能為零
D.氫原子吸收該光子后不會被電離
7.(2013·北碚模擬)對于原子光譜,下列說法正確的是 ()
A.原子光譜是不連續(xù)的
B.由于原子都是由原子核和電子組成的,所以各種原子的光譜是相同的
C.各種元素原子的結(jié)構(gòu)不同,所以各種原子的光譜也是不同的
D.分析物質(zhì)發(fā)出的光譜,可以鑒別物質(zhì)中含哪種元素
8.如圖所示,大量氫原子處于能級n=4的激發(fā)態(tài),當它們向各較低能級躍遷時,對于多種可能的躍遷,下面說法中正確的是 ()
A.最多只能放出4種不同頻率的光子
B.從n=4能級躍遷到n=1能級放出的光子頻率
C.從n=4能級躍遷到n=1能級放出的光子頻率最小
D.從n=4能級躍遷到n=3能級放出的光子頻率等于從n=2能級躍遷到n=1能級放出的光子頻率
9.(2013·大慶模擬)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核,下列說法中正確的是 ()
A.利用α粒子散射實驗可以估算原子核的半徑
B.利用α粒子散射實驗可以估算核外電子的運動半徑
C.原子的核式結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了氫原子光譜的實驗
D.處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后,核外電子運動的動能將增大
10.(2013·長沙模擬)如圖所示為氫原子的能級圖。若在氣體放電管中,處于基態(tài)的氫原子受到能量為12.8eV的高速電子轟擊而躍遷到激發(fā)態(tài),在這些氫原子從激發(fā)態(tài)向低能級躍遷的過程中 ()
A.最多能輻射出10種不同頻率的光子
B.最多能輻射出6種不同頻率的光子
C.能輻射出的波長最長的光子是從n=5躍遷到n=4能級時放出的
D.能輻射出的波長最長的光子是從n=4躍遷到n=3能級時放出的
二、計算題(本大題共2小題,共30分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)
11.(15分)真空中金屬板M、N相距為d,當用波長為λ的光照射N板時,電路中的電流為I,設電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,真空中光速為c。
(1)求每秒到達M板的電子數(shù)。
(2)當垂直于紙面再加一勻強磁場,且磁感應強度為B時,電路中的電流恰好為零,求從N板逸出的光電子的初動能和N板的逸出功。
12.(能力挑戰(zhàn)題)(15分)已知氫原子在n=1時的能量E1=-13.6eV,電子的軌道半徑r1=0.53×10-10m,求:
(1)電子在第三條軌道即n=3時的動能和勢能各是多少?
(2)原子從n=3躍遷到n=1時輻射出光子的頻率多大?波長是多大?
答案解析
1.【解析】選B?！肮庾诱f”并不否認光的波動性,從本質(zhì)上有別于“粒子說”,A錯;由光子的能量E=hν可知,光的波長越大,頻率越小,故光子的能量越小,B對;根據(jù)光子說,光的能量是不連續(xù)的,C錯;光子數(shù)越多,光的波動性越明顯,光的粒子性越不明顯,D錯。
2.【解析】選C、D。由光電效應規(guī)律可知,在能夠發(fā)生光電效應的情況下,光電流大小與入射光的強度有關(guān),故A、B均錯。入射光的頻率決定入射光能量的大小,只有入射光的頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子,遏止電壓與入射光的頻率有關(guān),故C、D均正確。
【變式備選】(2013·信陽模擬)關(guān)于光電效應,下列說法正確的是 ()
A.某種頻率的光照射金屬發(fā)生光電效應,若增加入射光的強度,則單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)增加
B.光電子的動能只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強弱無關(guān)
C.當入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應
D.一般需要用光照射金屬幾分鐘到幾十分鐘才能產(chǎn)生光電效應
【解析】選A、B、C。某種頻率的光會發(fā)生光電效應,若增加入射光的強度,即增加入射光的光子數(shù),則發(fā)生光電效應時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)將增加,故A正確。由愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W可知,光電子的動能只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強弱無關(guān),故B正確。任何一種金屬都有截止頻率存在,低于截止頻率的光照射對應金屬,不能發(fā)生光電效應,故C正確。發(fā)生光電效應時,一個電子只能吸收一個光子的能量,不需要能量的積累過程,故D錯。
3.【解析】選A、B、C。由愛因斯坦的光電效應方程和遏止電壓可得關(guān)系式:eU=
hν-W,結(jié)合題目圖像可知,乙光和丙光的頻率相等,大于甲光的頻率,故A正確。由E=hν知,丙光的光子能量大于甲光的光子能量,故C正確。由于甲光頻率小于丙光頻率,則甲光波長大于丙光波長,故B正確。由愛因斯坦光電效應方程Ek=
hν-W可知,由于乙光的頻率等于丙光的頻率,所以乙光光電子的初動能等于丙光光電子的初動能,因此D錯。
4.【解析】選A、B、D。使鋅板發(fā)生光電效應說明光具有粒子性,在鋅板上發(fā)生衍射說明光具有波動性,故A、B、D正確。發(fā)生光電效應使鋅板帶正電,驗電器的鋁箔張角變大,說明鋅板原來帶正電,故C錯。
5.【解析】選C。α粒子散射實驗的現(xiàn)象:絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,少數(shù)α粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn),并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°,有的甚至被彈回,偏轉(zhuǎn)角幾乎達到180°,因電場力做了功,α粒子的機械能不守恒,故A、B、D錯,C正確。
6.【解析】選B。氫原子在n=3具有的能量為-1.51 eV,它只要獲得1.51 eV的能量就能電離,現(xiàn)用1.87eV能量的光子照射,它電離后多余的能量轉(zhuǎn)化為動能,即動能為1.87 eV-1.51 eV=0.36 eV,故A、C、D錯,B正確。
7.【解析】選A、C、D。原子光譜是由一些不連續(xù)的亮線組成的,故A正確。由于每種元素的原子內(nèi)部的電子運動情況不同,它們發(fā)出的光譜就不同,故B錯。各種元素原子的原子結(jié)構(gòu)不同,每種元素的原子只能發(fā)出具有本身特征的光,故C、D正確。
8.【解析】選B。根據(jù)玻爾原子理論的躍遷假設有ΔE=hν,則ν=,由此式知,能級差越大,放出的光子的頻率越大,故C錯,B正確。大量處于能級n=4的氫原子向低能級躍遷時發(fā)出光子的頻率數(shù)為=6種,故A錯。由于從n=4躍遷到n=3
的能級差不等于從n=2躍遷到n=1的能級差,根據(jù)ν=可知,D錯。
9.【解析】選A、D。根據(jù)α粒子散射實驗,可估算出原子核的直徑約為10-15～10-14m,但核外電子的運動半徑不確定,故A對B錯。玻爾理論能很好地解釋氫原子光譜的實驗,故C錯。處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后向低能級躍遷,核外電子運動半徑減小,由F向=m=k可分析出電子動能增大,故D正確。
10.【解析】選B、D。氫原子從基態(tài)躍遷到n=4的能級需要吸收ΔE=-0.85eV-
(-13.6 eV)=12.75 eV的能量,氫原子從與電子碰撞中吸收12.8eV的能量,把其中的12.75 eV的能量用以從基態(tài)躍遷到n=4的狀態(tài),把剩余的0.05eV能量作為氫原子的動能,處于n=4的一群氫原子向低能級躍遷時發(fā)出=6種頻率的光子,故A錯,B正確。由前面分析可知,氫原子不能躍遷到n=5的能級,故C錯。由
ΔE=hν=h,得λ=,從此式可知,從n=4躍遷到n=3的能量差ΔE最小,輻射出光的波長最長,故D正確。
11.【解析】(1)設每秒到達M板的電子數(shù)為n,由電流的定義有:I=ne
則:n= (2分)
(2)由光電效應原理可知,從N板逸出的光電子的動能和速度方向各不相同,加上磁場后,只要平行于N板且動能的電子不能到達M板,則在其他方向上無論動能多大的電子均不能到達M板,此時,電路中的電流恰好為0,設具有初動能的電子速率為v,則:
軌道半徑為r= (2分)
由牛頓第二定律有:evB=m (2分)
解得:v= (2分)
故電子的初動能Ekm=mv2= (2分)
根據(jù)光電效應方程,設N板的逸出功為W,則有:
h=W+Ekm (2分)
解得:W=h-Ekm=h- (3分)
答案：(1) (2) h-
12.【解析】(1)由rn=n2r1 (1分)
得:r3=32r1=4.77×10-10m (1分)
又由En=
得:E3=-eV
=-1.51eV
=-2.416×10-19J (2分)
核外電子繞核做勻速圓周運動所需要的向心力由原子對電子的庫侖力提供,即
k=m (2分)
由此得電子在n=3軌道上的動能
Ek3=mv2==2.415×10-19J (2分)
則電子在n=3軌道上時的勢能為
Ep3=E3-Ek3=-4.831×10-19J (1分)
(2)由hν=E3-E1 (2分)
變形得:
ν=
=2.91×1015Hz (2分)
則λ==1.03×10-7m (2分)
答案：(1)2.415×10-19J -4.831×10-19J
(2)2.91×1015Hz 1.03×10-7m
【總結(jié)提升】玻爾原子模型中遵循的經(jīng)典物理規(guī)律
【關(guān)鍵詞】光電科技 通信 能源 光電跟蹤測量 系統(tǒng)
由光的作用產(chǎn)生的電叫光電，是以光電子學為基礎(chǔ)，綜合利用光學、精密機械、電子學和計算機技術(shù)解決各種工程應用課題的技術(shù)學科。其信息載體正在由電磁波段擴展到光波段，從而使光電科學與光機電一體化技術(shù)的運用擴展至光信息獲取、傳輸、處理、記錄、存儲、顯示和傳感等的光電信息產(chǎn)業(yè)方向。
目前，關(guān)于光電領(lǐng)域的技術(shù)應用主要集中在精密檢測與光學成像方面。以光子計算機為理想代表的光波應用是光電最吸引人的地方，但是要達到這一目標，還需時日。
一、光電涉及的范圍
光電行業(yè)在近展的涉及面也逐漸擴大，其中，在光通訊、激光、光電顯示、光學、太陽能光伏、電子工程、物流網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)展的比較明顯，并逐漸向更廣的空間滲透。
二、光電效應
光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應。一般來說，金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子。光波長小于某一臨界值時方能發(fā)射電子，即極限波長，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的波長，與光強度無關(guān)。事實是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎都是瞬時的，不超過十的負九次方秒。因此，光是由與波長有關(guān)的嚴格規(guī)定的能量單位（即光子或光量子）所組成。光電效應由德國物理學家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對發(fā)展量子理論起了根本性作用，在光的照射下，使物體中的電子脫出的現(xiàn)象叫做光電效應（Photoelectric effect）。
光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏打效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)光電效應。
光電效應里，電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無關(guān)，光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場，振幅很小，不會對電子射出方向產(chǎn)生影響。
三、光電跟蹤測量
光電科技是結(jié)合光學、電子與電機的尖端科技，近十年來技術(shù)突破發(fā)展迅速，隨著產(chǎn)品不斷的推陳出新，其應用層面擴展至通訊、信息、生化、醫(yī)療、能源、民生等工業(yè)，光電產(chǎn)業(yè)已成為眾所矚目的明星產(chǎn)業(yè)，未來隨著光電在通訊、網(wǎng)絡、多媒體等扮演核心技術(shù)角色，可以預見21世紀將是光電的世紀。
光電測量系統(tǒng)是采用光學原理采集飛行目標信息，經(jīng)處理得到所需的彈道參數(shù)與目標特性參數(shù)，并獲取飛行實況圖像資料的專用測量系統(tǒng)，是導彈測控系統(tǒng)的重要組成部分。
光電跟蹤測量系統(tǒng)主要包括兩大部分：跟蹤系統(tǒng)和光電測量系統(tǒng)。但是由于對系統(tǒng)的作用和功能要求不同，不同種類的光電跟蹤測量系統(tǒng)，其組成不同，即使是同一種類的光電跟蹤測量系統(tǒng)，由于用途不同，要完成的測量任務的差別，其組成也會有所差異。
四、光電跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展
光電跟蹤測量系統(tǒng)，在導彈和航天器的試驗中，已成為有多種功能和高精度的跟蹤測量手段，國外的導彈航天靶場很重視靶場光電跟蹤測量系統(tǒng)的建設和發(fā)展，其設備的型號品種多、數(shù)量多、測量精度高、更新?lián)Q代快，使用的光波波段有紫外、可見光、紅外；測量平臺除了陸基光電跟蹤測量設備外，還有艦載的、機載的、星載的；作用距離有近程幾百米、幾千米的，遠程幾百千米到上千千米，還有幾萬千米光電深空監(jiān)視系統(tǒng)等。
據(jù)20世紀70年代初統(tǒng)計，美國太平洋導彈靶場的光電跟蹤測量設備有近100臺（其中電影經(jīng)緯儀23臺、電影望遠鏡3臺、機動光學跟蹤架11臺、高速攝影機及其他類型光電跟蹤測量設備60多臺）。大西洋導彈靶場的光電跟蹤測量設備也不少，僅次于太平洋導彈靶場。白沙導彈靶場是世界上光電跟蹤測量設備配置最好的靶場之一，光電跟蹤站達110多個。
在跟蹤運動目標能力方面，國外靶場光電跟蹤測量系統(tǒng)的提法上與國內(nèi)有所不同，一般只有跟蹤角逮度、角加速度和跟蹤精度；而不區(qū)分工作角速度、工作角加速度與最大角速度、最大角加速度。
我國早期的靶場光測儀器是KT-50電影經(jīng)緯儀（蘇聯(lián)造），以及20世紀50年代末我國自行研制生產(chǎn)的第一臺光電經(jīng)緯儀，電影經(jīng)緯儀，目前它們在靶場光測儀器中已被淘汰。最近幾年來，根據(jù)導彈航天飛行試驗的需求，我國研制了多種系列的光電跟蹤測量設備，并對早期研制的光電跟蹤測量設備進行了更新改造和完善提高，可基本滿足飛行試驗任務的需要。我國自行研制的靶場光電跟蹤測量設備，其總體性能和主要技術(shù)指標與國外同類產(chǎn)品相當，并具有一定的特色。但在精密跟蹤、自適應技術(shù)應用、激光雷達、遠距離目標探測、目標物理特性測量技術(shù)及其自動化程度等方面還有一定的差距。今后需要加強這方面的預先研究和試驗，加速新技術(shù)和新測量體制在光電跟蹤測量設備中的應用，研制更好、更先進的靶場光電跟蹤測量設備。
綜上所述，今后光電跟蹤測量系統(tǒng)應向自動化、智能化、數(shù)字化、高測量精度、高可靠性、遠距離實時測量方向發(fā)展。
參考文獻：
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1.電子
1897年，湯姆生（J．J．Thomsoni）用測量荷質(zhì)比e/m的辦法發(fā)現(xiàn)了電子，被稱為電子之父。
2.自由電子
電子一般根據(jù)它的運動特征可以分為三種，一種是在金屬內(nèi)受原子核束縛的電子，這種電子是最不自由的，一般不稱為自由電子；一種是在金屬內(nèi)不受原子核的束縛，但受到金屬導體的束縛，出不了導體，這類電子我們常稱之為自由電子，但是這類電子并不是真正自由的電子，仍需在金屬導體內(nèi)；還有一種電子是在真空中的電子，這種電子才是真正的自由電子。
3.光電子
光電子就是金屬中的自由電子接受光子的能量從金屬中飛出到真空中的真正自由電子。光電子帶負電。
4.能量子
1900年，物理學家普朗克研究關(guān)于輻射問題的觀點：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，1ε或2ε、3ε、4ε、…。當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子（energy quantum）。物理學后來的發(fā)展表明，普朗克在1900年把能量子引人物理學，正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，成為新物理學思想的基石之一。因此，這一年不僅是日歷上一個新世紀的開始，而且是物理學一個新紀元的開始。能量子被稱為超越牛頓的發(fā)現(xiàn)。18年之后，普朗克為此獲得了諾貝爾物理學獎。
5.光子
最早認識到能量子意義的是年輕的愛因斯坦，他在1905年發(fā)表廠《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》一文。他表示，普朗克關(guān)于輻射問題的嶄新觀點還不夠徹底，僅僅認為電磁波在吸收和輻射時才顯示出不連續(xù)性，這還不夠，實際上電磁輻射本身就是不連續(xù)的，也就是說，光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為v的光的能量子為hv，h為普朗克常量。這些能量子稱為光子。也正是這一年，愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對論。愛因斯坦也由于發(fā)現(xiàn)了光電效應的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學獎。
6.γ光子
γ射線是波長很短的光子，能量很高。每個光子均以同樣的速度c（光速）運動。實驗發(fā)現(xiàn)，當原子處于激發(fā)態(tài)時，即使沒有外來的光波照射，原子也能自發(fā)地躍遷到較低能級，同時輻射出一個光子，這種過程稱為自發(fā)躍遷或自發(fā)輻射。事實上，在幾千攝氏度的溫度下，原子發(fā)光主要來自自發(fā)輻射，而原子核的自發(fā)躍遷則產(chǎn)生γ射線。從原子內(nèi)部能夠射出這樣高能的粒子，這也使科學家們意識到原子核是一個能量的寶庫。
7.光電效應
光和其他物質(zhì)發(fā)生相互作用時，基元過程通常表現(xiàn)為光子―電子作用或光子―原子作用，某些金屬受到光的照射后，能夠發(fā)射出電子，形成電流，這就是光電效應。
（1）光電效應中出來的電子獲得了光子的能量，不計獲得動量。因為在光電效應中一般照射的光子的能量是幾個電子伏特，而金屬的逸出功的能量也是幾個電子伏特，兩者能量在同一數(shù)量級，所以在作用時光子的動量就給了金屬本身宏觀物體，不考慮給電子的動量。而金屬本身是宏觀物體，對于光子給金屬本身的動量后的宏觀體現(xiàn)就不計了。
（2）康普頓效應一般是用x波段做實驗的，因為光子的能量比逸出功要大3―4個數(shù)量級，所以逸出功對于光子的能量可以忽略不計，那么光子的動量就全給了電子等實物粒子，并且電子的動量可以用動量守恒計算出來。
（3）分析光電效應實驗中，光電流隨兩極間電壓的變化關(guān)系，要向?qū)W生說明并非所有的光電子都具有由公式：mv=hv-W所確定的同一初動能，實驗證明絕大部分光電子的初動能都小于這個值。為什么即使是相同頻率的光于也會產(chǎn)生初動能不同的光電子呢?從光電子發(fā)射機理上講，在光照射下固體向真空發(fā)射的電子，既可以是自由電子，又可以是束縛電子。這些電子既可以來自距固體和真空界面只有幾個原子的范圍內(nèi)，又可以來自比這厚得多的范圍，只要電子具有足以從固體逸出的能量。這樣，由于光子不僅從固體表面，而且從不同深處激發(fā)出電子，這些電子從不同深處向表面遷移的過程中，其運動的方向和路程又各不相同，因而它們消耗的能量也各不相同。同時，固體的能量理論也指出：固體中的大量電子均處在不同的能態(tài)之中，就是自由電子，其占有某一能級的機率也由費米分布函數(shù)所確定。根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律，一般情況下光電子的初動能應為：=hv+E-A。式中E正為電子受激前具有的能量，A為光電子從受激處運動到表面并逸出表面總共消耗的能量。正因為各電子的E和A有差別，它們吸收同樣的光子也會有各不相同的初動能。只有那些具有最高能量Eo（對金屬可認為就是費米能量）、逸出過程中消耗了最少能量Ao（就在表面且垂直飛出）的就是逸出功，電子才具有最大初動能，此時，Eo-Ao=W。對那些在費米能量以下（E＜Eo），離表面較深處（A＞Ao）的電子來說，吸收ν=νo的光子就難以逸出了。這時，如果吸收，ν＞νo的光子后，仍不能逸出，或能逸出的較少，或逸出時的初動能較小，那么，吸收大于ν的光子后將可能逸出或能逸出的較多或逸出時的初動能較大些。毫無疑問，入射光頻率的提高將使電子受激后的總能量變大。這不僅使光電子逸出時的初動能普遍較大，其效果還增大了原來距表面較深處電子的逸出幾率?？梢姡肷涔獾念l率對光電子數(shù)的影響非常顯著，因而量子效率隨入射光頻率的提高將大大增加。得出這一結(jié)論，正是尊重并剖析“相同頻率的光子也會產(chǎn)生初動能不同的光電子”這一實驗事實的必然結(jié)果。
8.原子躍遷
玻爾的頻率條件告訴我們，在通常情況下，原子處于基態(tài)，基態(tài)是最穩(wěn)定的。在原子中，當原子吸收外界能量后處于激發(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的。實驗發(fā)現(xiàn)，當原子處于激發(fā)態(tài)時，即使沒有外來的光波照射，原子也能自發(fā)地躍遷到較低能級，同時輻射出一個光子。光子以速度c（光速）運動。這種過程稱為自發(fā)躍遷或自發(fā)輻射。事實上，原子發(fā)光主要來自自發(fā)輻射，并且光子的能量等于躍遷軌道之間的能級差。當大量原子處于不同激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時，可能發(fā)射的光的頻率也是不同的。
9.光電效應與原子躍遷區(qū)別
（1）光電效應有三條實驗規(guī)律：存在著飽和電流，存在著遏止電壓和截止頻率，光電效應具有瞬時性。原子躍遷也有三條基本假設：軌道量子化，定態(tài)假設，躍遷假設。
（2）光電效應的照射光頻率與原子躍遷輻射出光的頻率產(chǎn)生機理都是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的。
（3）光電效應表現(xiàn)為光子―電子作用，光照射金屬轟擊出電子。而原子躍遷是電子從一個穩(wěn)定狀態(tài)躍遷到另一個能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)，則在此狀態(tài)躍遷過程中，電子將發(fā)光（輻射出光子）。這兩個物理過程似乎相反，但不是可逆過程。因此教師在教學中要加以區(qū)分。
10.原子躍遷與原子核的躍遷區(qū)別
當原子處于激發(fā)態(tài)時，即使沒有外來的光波照射，原子也能自發(fā)地躍遷到較低能級，同時輻射出一個光子。這種過程稱為自發(fā)躍遷或自發(fā)輻射。事實上，在幾千攝氏度的溫度下，原子發(fā)光主要來自自發(fā)輻射。原子躍遷產(chǎn)生最大頻率是倫琴射線。原子核的自發(fā)躍遷是原子核的衰變，原子核的自發(fā)躍遷能產(chǎn)生α射線（α-yay）、β射線（β-yay）、γ射線（γ-yay）。
因此我們在教學中應該用嚴謹?shù)目茖W言語傳授于學生，讓學生有好的科學素養(yǎng)和嚴謹習慣。不僅要全面地考慮問題，而且要考慮較深層次的問題，否則就會誤導學生。只有學生準確全面理解物理概念和物理規(guī)律后，才能辨析似是而非的問題。
參考文獻：
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【關(guān)鍵詞】光電傳感器;信息檢測;光電效應
現(xiàn)代信息科學是伴隨著信息時代的到來而產(chǎn)生的新興學科，隨著社會經(jīng)濟和科技水平的不斷發(fā)展，各種工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平不斷提高、系統(tǒng)集成的復雜性不斷增加，需要獲取的信息量越來越多，傳感器技術(shù)作為信息檢測的重要基礎(chǔ)技術(shù)也在不斷的發(fā)展，已滲透到工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、醫(yī)學診斷、環(huán)境保護等各個領(lǐng)域。
光電傳感器是利用光敏器件的光電效應實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換，從而達到有效信號獲取的一種信息檢測元件;通常由光源、接收通道、光敏器件、電路處理部件四部分組成。光電傳感器通過監(jiān)測光強、光照度、輻射測溫等光量特征來實現(xiàn)對零件外形尺寸、表面粗糙度、運動特性等信息的檢測，具有感應靈敏、分辨率高、反應速度快等優(yōu)點。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微型電路板及芯片集成的不斷應用，使得光電傳感器的電路處理部分日趨成熟，體積小、功耗低且可靠性高，因而廣泛應用于信息自動檢測領(lǐng)域。
1.光電傳感器的原理
光電效應是指光照射到物體上后，光子能量被電子吸收導致其狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電效應的現(xiàn)象，一般有外光電效應、光導效應、光生伏特效應。若電子因吸收光子能量而克服束縛脫離物體表面而進入外界空間，從而改變材料的導電性，這種現(xiàn)象稱為外光電效應?；谕夤怆娦膫鞲衅魇且环N小型的電子設備，能夠檢測出接受到的光強的變化。在早期的應用中，光電傳感器可以用來檢測物體的存在，通過將光聚焦，通過接收通道入射到真空管放大器上，通過簡單的電路信號處理、閾值判別實現(xiàn)信息的檢測，這就是光電傳感器的早期原型。原理圖如圖1所示。
圖1 光電傳感器原理圖
由此可見，光電傳感器是借助光源將被測量的變化轉(zhuǎn)換或等效為光信號的變化，光信號經(jīng)接收通道匯聚到光敏元件上，經(jīng)光電效應變換為電信號，通過對電信號的處理實現(xiàn)有效信息的檢測。
2.光電信息自動檢測技術(shù)的特點及應用現(xiàn)狀
2.1 特點
分辨率高。光電傳感器的光學接收通道可通過高度集成設計使入射光束高效匯聚或通過特殊的光學材料設計靈敏的光學系統(tǒng)，實現(xiàn)高分辨率。從而可實現(xiàn)微小細節(jié)的檢測和高靈敏運動特性的捕捉、跟蹤。
可實現(xiàn)非接觸檢測。因光電傳感器利用光源為輸入信號和媒介進行信息的采集和檢測，可實現(xiàn)無機械接觸檢測，不會對被檢目標和傳感器本身造成損傷。
信息容量大。隨著信息科學技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品設計的高度集成，光電傳感器可通過光源數(shù)據(jù)融合和頻譜細分實現(xiàn)對待檢測目標的多方位信息檢測。
應用范圍廣?；诠怆姷男畔z測技術(shù)因其成熟的技術(shù)和高可靠性、低功耗的光電元件而得到了廣泛的應用，在工業(yè)控制、環(huán)境、醫(yī)療、軍用及民用等各個領(lǐng)域都有成熟的產(chǎn)品。
2.2 現(xiàn)狀
近年來，隨著光電傳感器在各領(lǐng)域的廣泛應用，其特點和優(yōu)點也在不斷的充分展現(xiàn)，其應用領(lǐng)域也在不斷拓展。在民用上，光電傳感器已與我們的生活密不可分，比如傳真機、復印機、掃描儀等;在軍事應用上，則主要包括水下探測、航空監(jiān)測、空間測量等。在國外，西方國家研究應用較為成熟，其中邦納公司擁有當今世界上最完善的光電傳感器產(chǎn)品流水線;而在20世紀90年代，日本電氣等15家公司也研發(fā)出了多款民用的光電傳感器。國內(nèi)光電傳感器在民用領(lǐng)域起步也相對較早，截止到目前，已經(jīng)形成了研究、生產(chǎn)和應用體系，產(chǎn)品和研發(fā)成果在各個領(lǐng)域得到應用，在石油高溫、高壓等非接觸類傳感檢測系統(tǒng)等應用中已涌現(xiàn)出與國際接軌的先進研究成果;相比發(fā)達國家而言，國內(nèi)的技術(shù)水平和工程化能力仍存在較大差距，這主要體現(xiàn)在成熟的貨架產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)上，傳統(tǒng)傳感器更新?lián)Q代較慢、微型化發(fā)展不足，在集成化、智能化方面與國外差距較大。
3.應用實例
基于光電傳感器的信息自動檢測技術(shù)的將光學技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)相結(jié)合，擴展了人類的視覺能力，使被感知的波長由可見光擴展到了整個常用波段，在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程在線檢測、日常生活的公共設施、醫(yī)療用溫度計液壓計及各種檢測儀等方面都得到了較為成熟的應用。
3.1 光電探緯儀
光電探緯儀又稱光電式緯線探測器是一種廣泛應用于噴氣織機上的光電傳感器，主要用于在噴氣織機正常工作過程中自動對緯線是否斷線進行實時檢測。其原理為：在織機正常工作時，探測器的紅外射線管主動發(fā)出紅外光，當緯線前進時在噴氣的影響下，紅外光經(jīng)過緯線反射，很容易被光電池迅速感應。如果光電池沒有感應信號，這表明緯線已經(jīng)斷裂。
由于緯線非常細，又是通過擺動前進，易形成光的漫反射和背景雜散光，對光電池接收回波的處理及有效信號的提取提出了較高的要求，探緯儀一般要求有較高的分別率及探測靈敏度。
3.2 條形碼掃描筆
掃描條形碼時，掃描筆主動發(fā)射紅光，當筆頭在條形碼上移動時，如果遇到黑色的線條則發(fā)光二極管的光線會被黑色線條所吸收，此時光敏三極管不會接收到反射光，從而呈現(xiàn)出高阻抗，處于截止狀態(tài);如果遇到白色間隔時，則發(fā)光二極管發(fā)出的光線能夠被三極管接收，因產(chǎn)生光電效應而導通;黑白相間的條紋產(chǎn)生典型的脈沖信號，在整個條形碼掃描完成后形成獨特的脈沖序列，脈沖序列經(jīng)過計算機的處理及庫存信息匹配可以迅速給出所需信息。
條形碼掃描技術(shù)已在超市購物、真?zhèn)悟炞C等方面得到了廣泛的應用，給人們的生活帶來了極大的便利。如圖2所示。
圖2 條形碼掃描
3.3 光電測速儀
用調(diào)制盤與待測轉(zhuǎn)軸一起聯(lián)動，將轉(zhuǎn)速變化等效為光通量的變化，再經(jīng)光電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，通過檢測電信號的規(guī)律變化即可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的實時監(jiān)控。如圖3所示。被測轉(zhuǎn)軸上裝有調(diào)制盤，調(diào)制盤的一側(cè)設置發(fā)光光源，另一側(cè)設置光電器件。調(diào)制盤隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，當光線通過小孔或齒縫時，光電器件就產(chǎn)生一個電脈沖。轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，光電傳感器就產(chǎn)生一列與轉(zhuǎn)速及調(diào)制盤上的孔數(shù)正成正比的脈沖序列，在孔數(shù)一定時，脈沖數(shù)就和轉(zhuǎn)速整正比，脈沖經(jīng)放大整形電路處理送數(shù)字頻率計顯示。
圖3 光電測速儀
4.光電信息自動檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢
4.1 傳感器的發(fā)展方向
微電子技術(shù)和芯片集成設計技術(shù)的成熟和工程化應用能力的提升給傳感器的發(fā)展提供了有力的支持，光電傳感器因其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、功耗低等優(yōu)勢，逐漸向小型化、集成化、多功能化及智能化方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）開發(fā)新型傳感器：隨著應用領(lǐng)域的不斷拓展和科技化程度的提高，對光電傳感器新的使用需求劇增，加強新型傳感器的原理研究、實驗驗證，不斷推陳出新已成大勢所趨。（2）開發(fā)新材料：傳感器功能性能指標的提升需求，也推動的材料方面的發(fā)展，從單材料到復合材料、原子（分子）型材料人工合成、智能材料的應用等成為提升傳感器本身性能的必由之路，也成為今后的發(fā)展方向之一。（3）新技術(shù)、新工藝的應用：科技的變革推動了技術(shù)、工藝的創(chuàng)新，對傳統(tǒng)的傳感器設計、加工制造提出了全新的挑戰(zhàn)，只有不斷加強對新技術(shù)、新工藝的研究和工程化應用，才能在競爭中立于不敗之地。
4.2 信息檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢
隨著光電傳感器的不斷發(fā)展，基于光電傳感器的信息檢測技術(shù)也在向著高精度、微型化、綜合化及職能化的方向發(fā)展，簡要闡述如下：（1）高精度：隨著產(chǎn)品功能性能指標的不斷提升，相應的檢測精度要求向高精度方向發(fā)展，納米、單光子等高精度光電測量技術(shù)是今后的發(fā)展熱點;（2）微型化：隨著核心的電子元器件、電路向高集成化發(fā)展，基于微型光電傳感器的信息檢測也朝著小型、快速的微型光、機、電一體化方向發(fā)展;（3）綜合化：產(chǎn)品的復雜性及高度集成性要求檢測功能向綜合性、多參數(shù)、多維測量等多元方向發(fā)展;（4）智能化：智能化發(fā)展已成為當今科技的發(fā)展潮流，光電跟蹤、掃描等智能技術(shù)也在不斷的成熟、完善。
5.總結(jié)
光電傳感器在各行業(yè)已得到廣泛應用，隨著現(xiàn)代信息科學的不斷發(fā)展，光電相關(guān)的新材料、新技術(shù)也在不斷的涌現(xiàn)，還有很多等待著我們?nèi)グl(fā)展、探究?；诠怆妭鞲衅鞯男畔⒆詣訖z測技術(shù)的應用已經(jīng)給我們工作、生活帶來了很大的便利，同時也促進了社會進步和科技的發(fā)展。我們有理由相信，光電傳感器及其相關(guān)的信息檢測技術(shù)不斷創(chuàng)新、發(fā)展必將為當今信息時代的科技進步帶來嶄新的活力與動力。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】普朗克常數(shù)；光電效應；origin軟件
1.引言
物理實驗是理工科院校學生進行科學實驗訓練的一門基礎(chǔ)課程，通過物理實驗課程可以提高學生觀察和分析實驗現(xiàn)象的科學實驗能力，掌握物理量的測量方法，加深對物理學原理的理解。普朗克常數(shù)約為h=6.626×10-34 J?s，它的存在劃分了經(jīng)典物理與量子物理，并在宏觀世界和微觀世界之間架起了橋梁[1]，因此測定普朗克常數(shù)是近代物理中不可缺少的一項實驗內(nèi)容。通過普朗克常數(shù)測定實驗，可以了解光電效應的規(guī)律，加深對光的量子性的理解。它的實驗數(shù)據(jù)一般采用坐標紙手工作圖求直線斜率來處理，也可以利用最小二乘法來處理。
隨著科技的發(fā)展，大量的實驗數(shù)據(jù)和圖像都可以通過計算機應用軟件進行分析和處理。Origin就是一款應用廣泛的數(shù)據(jù)分析和圖像繪制工具軟件，它由OriginLab公司所研發(fā)，簡單易學、操作靈活、功能強大，既可以滿足一般用戶的制圖要求，也可以滿足高級用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需求[2，3]。利用Origin軟件輔助處理物理實驗數(shù)據(jù)，可以減輕學生復雜計算和作圖的負擔，提高實驗教學效果，而且為學生后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。
本文以“普朗克常數(shù)測定”實驗為例，介紹Origin軟件在物理實驗數(shù)據(jù)處理中的基本應用，使用Origin軟件能夠快速、精準地處理與分析實驗數(shù)據(jù)。
2.普朗克常數(shù)測定實驗
2.1 實驗原理
入射光照射到光電管陰極K上，金屬中的電子能夠吸收整個光子的能量從而克服金屬表面的吸引力逸出金屬表面，剩余的能量就成為電子離開金屬表面后的動能。根據(jù)能量守恒原理，愛因斯坦提出了著名的光電效應方程：，其中A為金屬的逸出功，為光電子獲得的初始動能。金屬產(chǎn)生的光電子在電場的作用下向陽極A遷移構(gòu)成光電流，通過改變外加電壓，可以測出光電流的大小。由于逸出的光電子具有一定的動能，即使陽極電位低于陰極電位，仍會有光電流產(chǎn)生。當陽極的負電位增大到某一值時，使動能最大的光電子剛好不能克服減速電場到達陽極，光電流降為零，此時滿足關(guān)系式，其中稱為截止電壓。結(jié)合光電效應方程，可以得到。它表明截止電壓是頻率的線性函數(shù)，直線斜率。只要通過實驗測得不同入射光頻率所對應的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)。
2.2 實驗過程
實驗采用ZKY-GD-4智能光電效應實驗儀，首先將汞燈預熱20分鐘，調(diào)整光電管與汞燈的距離為40 cm，“電流量程”開關(guān)處于10-13A檔，“伏安特性/截止電壓測試”狀態(tài)鍵為截止電壓測試狀態(tài)。在測試前需要調(diào)零，然后進行調(diào)零確認。將直徑4 mm的光闌及365.0 nm的濾色片裝在光電管暗箱光輸入口上，打開汞燈遮光蓋采用“手動”模式進行測量，記錄電流為零時對應的UAK的絕對值即截止電壓。依次換上404.7 nm，435.8 nm，546.1 nm和577.0 nm的濾色片重復測量。
2.3 實驗數(shù)據(jù)
本實驗原始數(shù)據(jù)來源于教師的備課，如表1所示。
3. Origin軟件處理實驗數(shù)據(jù)
打開Origin8.0，點擊菜單欄中的File命令，選擇Newworkbook，程序會新建一個Book1，把波長和截止電壓數(shù)據(jù)分別輸入到A（X）和B（Y）列中。為了作出截止電壓隨入射光頻率變化的關(guān)系曲線，需要把波長值轉(zhuǎn)化成頻率數(shù)值。根據(jù)，選中A（X）列并點擊右鍵，在下拉菜單中選擇Set Column Values，此時會彈出一個對話框，輸入Col（A）=3e8/Col（A），然后點擊OK，A（X）列的光波長值就轉(zhuǎn)化成了對應的光頻率數(shù)值。全部選中這兩列數(shù)據(jù)，單擊右鍵選擇PlotSymbolScatter，就出現(xiàn)了如圖1所示的數(shù)據(jù)點，它只是簡單的把實驗原始數(shù)據(jù)用點表示出來，可見這些點并不完全在一條直線上。選擇菜單命令AnalysisFittingFit Linear，打開線性擬合對話框，點擊OK，即可完成對散點的線性擬合[2]，圖2中的直線即為線性擬合曲線。從圖中可以看出，只有最初的兩個數(shù)據(jù)點與線性擬合直線稍有偏離，其它數(shù)據(jù)點與擬合直線符合很好。
Origin軟件也會直接將擬合參數(shù)顯示出來，如表2所示。從表中可見，擬合直線的斜率 J?s/C，由此可求得普朗克常數(shù)J?s。與普朗克常數(shù)的標準值相比，相對誤差
測量的相對誤差較小，在誤差允許的范圍內(nèi)，測量結(jié)果比較理想。
4.結(jié)論
本文以普朗克常數(shù)測定實驗為例，介紹了如何利用Origin軟件作圖與分析處理實驗數(shù)據(jù)。Origin軟件的功能非常強大，所介紹的只是Origin最簡單最普遍的應用。圖線繪制和擬合的功能能夠提高學生處理實驗數(shù)據(jù)的興趣，使學生從繁雜的數(shù)據(jù)計算過程中解脫出來同時避免了手工作圖及計算造成的誤差，將精力集中在對物理原理的理解上，達到了快速、準確地處理實驗數(shù)據(jù)的目的。Origin軟件的優(yōu)勢尤其體現(xiàn)在大量實驗數(shù)據(jù)的處理上，因此非常有必要推廣它在物理實驗中的應用。
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關(guān)鍵詞：測井 巖性 密度
前言
核測井技術(shù)是當前測井技術(shù)中極其重要的一種，其主要通過放射性射線與物質(zhì)的相互作用所體現(xiàn)出來的差異進行各種不同地質(zhì)的巖性和密度的判定，并根據(jù)所得到的測量數(shù)據(jù)分析巖石的成份及其含量。巖性密度測井方法主要采用的就是核測井技術(shù)，是當前公認的可以快速分析地質(zhì)巖性和密度的有效方法之一。
一、巖性密度測井物理原理
巖性密度測井應用的主要原理是康普頓效應以及光電效應，其中巖性根據(jù)光電效應進行測量，密度根據(jù)康普頓效應進行測量。巖性密度測井主要是利用放射性射線與巖石層以及空隙流體物質(zhì)的相互作用，使放射性射線的強度以及能量發(fā)生變化，以此來判定和分析地質(zhì)參數(shù)。
1.巖性的測量――光電效應
對于一個原子來說，當有一個光子與其相撞時，光子會把其能量交給原子的一個核外電子，使電子脫離原子核的束縛而自由運動，所形成的粒子稱為光電子。假設入射的光子為光子，則當光子的能量大于原子中電子的結(jié)合能時，相應電子層的電子在吸收了光子的能量后會脫離原子核的作用力為飛出、根據(jù)李氏經(jīng)驗公式，在射入原子的光子的能量大于原子核外電子結(jié)合能時，發(fā)生光電效應的概率
上式中，表示線性光電吸收系數(shù)，表征當光電子穿過1cm物質(zhì)時，發(fā)生光電效應的概率大小。其中表示的是入射光子的波長；表示的是指數(shù)常數(shù)，其值視元素種類而定，當元素為N、C、O時，指數(shù)常數(shù)為3.05，當元素為鈉、鎂、鋁到鐵等元素時，指數(shù)常數(shù)為2.85。
一個原子的光電吸收截面與原子序數(shù)Z的關(guān)系如下：
在進行巖性密度測井的過程中，一般選用源，系數(shù)K基本保持不變。若用表示巖石的光電吸收截面指數(shù)，因每個原子擁有的電子數(shù)為Z個，則有
因為巖石中含有多種不同的化合物，因此其光電吸收截面應該表示的是組成分子的不同原子的光電吸收截面的和，若用表示巖石的光電吸收截面，即有：
其中表示第i中原子，表示該原子的原子序數(shù)。若N表示1立方厘米巖石中所含有的分子數(shù)，那么根據(jù)前文定義，可得出：
根據(jù)上式，即可根據(jù)巖石的光電吸收截面指數(shù)得出巖石的巖性。
1.2 密度的測量――康普頓效應
當一個光子與運行在原子核外的電子發(fā)生碰撞時，會將自身的一部分能量傳遞給電子，致使電子射出，而光子自身由于損失了能量將向另外一個方向散射，這就是康普頓效應。一般情況下用表示康普頓減弱系數(shù)，其與吸收射線的物質(zhì)的原子序數(shù)以及原子數(shù)存在著較大關(guān)系，具體公式如下：
其中，表示每個電子的康普頓散射截面，為阿伏伽德羅常數(shù)，為體積密度，為克原子量。若用表示單位體積電數(shù)，則有
在巖性密度測井中，定義為電子密度指數(shù)，則
在底層巖石中，一般情況下，故，即可根據(jù)儀器所測出的視密度推算出巖石的密度，雖然存在誤差，但在該測量環(huán)境及條件下并不會造成太大影響，往往可以得到較為滿意的結(jié)果。
2 巖性密度測井方法及其應用
隨著核物理技術(shù)的發(fā)展以及測量技術(shù)的不斷成熟，巖性密度測井方法得到了廣泛的應用。根據(jù)上文分析，可知是一個只與原子序數(shù)Z有關(guān)的參數(shù)，是一個表征原子性質(zhì)的物理量，因為不同巖性的存在較大差距，在一定范圍內(nèi)可以根據(jù)其大小單一確定巖性。
在利用巖性密度測井時，空隙中所存在的流體種類的不同并不會對造成較大影響，因此，用巖性密度測井可以較好地辨別巖石性質(zhì)和組成成分，并不會因為存在空隙流體而對測量結(jié)果造成影響，是一種比較實用的測量方法。
2.1 巖石成份及其含量的直觀確定
對于一個新地層，在不知其巖性時，通過曲線進行巖性的確定。在知道巖性和曲線的情況下，可根據(jù)曲線對該底層的巖石成份以及含量進行確定。
以任邱霧迷山為例，該山的巖性主要為白云巖，并含硅質(zhì)，其它巖性含量少影響低，又由于該地區(qū)的孔隙度低，且不對結(jié)果造成大影響，直接忽略不計。在實際計算時，僅計算只含白云巖和硅質(zhì)的值，則有：
在進行巖石成份及含量確定之前，先改變白云巖和硅質(zhì)各自的體積含量，以對巖石進行分類，分類結(jié)果按下表1所示：
表1 不同白云巖和硅質(zhì)含量情況下巖性的分類
白云巖含量（%） 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
硅質(zhì)含量（%） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3.12 3.03 2.88 2.75 2.62 2.49 2.36 2.22 2.08 1.94 1.80
巖性 白云巖 硅質(zhì)白云巖 白云質(zhì)硅質(zhì)巖 硅質(zhì)巖
根據(jù)巖石成份分類，在實際測量中，根據(jù)所得的值的大小即可以對應地找到相應的巖性，并對巖石的成份以及含量進行確定。
2.2 巖石成份及其含量的定量確定
在需要定量確定巖石成份及其含量時，除了知道外，還應知道以及的參數(shù)值。首先利用對環(huán)境參數(shù)進行校正，并通過交會圖得到，再通過圖2-1所示的圖表對應的得到的值，最終通過
即可確定巖石成份的百分含量。
圖2-1 雙礦物求視骨架體積截面關(guān)系
2.3 巖性密度處理方法
假設土地層中巖石主體的密度為，孔隙中的流體的密度為，則在該層中巖石的密度：
在利用儀器進行測量時，源距的大小會對儀器的計數(shù)結(jié)果帶來影響，當源距越大時，儀器的計數(shù)量越小，當源距越大時，儀器的計數(shù)量越大，當源距增加到某一個臨界值時，儀器的計數(shù)量將不再受電子密度影響，這一源距臨界值被定義為零源距。因此，在測量時，儀器的源距越大，儀器的分辨靈敏度也會越高，從定量的角度上，靈敏度M由下式?jīng)Q定：
在開展測量的過程中，需要首先對巖性密度進行刻度，并調(diào)整測量儀器的相關(guān)參數(shù)，比如LLD以及PHA參數(shù)，以達到取得穩(wěn)定譜圖的目的，最終通過軟件計算獲得實際測井中所需要的相關(guān)刻度。
在實際測量過程中，首先獲取原始數(shù)據(jù)及資料，經(jīng)過刻度之后進入核心算法環(huán)節(jié)，在核心算法中，先對原始數(shù)據(jù)進行消減和濾波，在經(jīng)過相關(guān)算法處理以獲得密度以及巖性相關(guān)的曲線。
3 巖性密度測井所存在的問題及建議
1）如果巖石中重晶石的含量較高，會嚴重地影響曲線的測量準確度，在這種情況下曲線很難真實地反映巖性特征。比如在大港油田井中，由于在其中使用了大量的重泥漿，使得曲線難以描述原有巖性特征。
2）雖然孔隙流體對于測量結(jié)果的影響不大，但是在井徑較大時，或者井壁上存在大裂縫時，的值仍會受到較大影響，并代表的是孔隙流體的值，是曲線失去其真實性及實用性。
3）巖性密度測井具有很大的實用價值，特別是在對成份簡單、孔隙度低的巖石的巖性和密度的判斷上可以發(fā)揮很大的作用，然而當前在國內(nèi)對該測井技術(shù)的利用尚未完善，建議在接下來的時間里加強去該測量方法的應用和研究，最終使其可以適用于更多巖性。
四、結(jié)論
巖性密度測井方法主要采用的是核測量技術(shù)，通過利用光電效應以及康普頓效應，根據(jù)不同的反應結(jié)果對地質(zhì)的巖性和密度進行分析，并可以快速地獲取該地質(zhì)的主要成份以及各成份的含量大小。由于巖性密度測井方法具有使用方便，技術(shù)容易實現(xiàn)，分析計算簡單等優(yōu)點而被廣泛應用于測井領(lǐng)域中。
參考文獻：
[1]劉易，方方，陳寶，岳愛忠. 巖性密度測井γ能譜低能段穩(wěn)譜方法研究[J]. 中國測試，2014，01：5-8.
關(guān)鍵詞：光電傳感器；應用；發(fā)展；光電效應
引言
光電傳感器的研究與應用是當前科技時代最為重要的一項技術(shù)，光電式傳感器是基于光電效應，在受到可見光波的照射后，感應光波，然后將這種光波信號轉(zhuǎn)換成電流信號傳輸出去。光電傳感器在眾多技術(shù)設備中都有應用，應用范圍十分廣泛，能夠滿足信息的傳遞、收發(fā)、存儲、顯示、記錄和控制等多種需求。傳感器通過不同的感應原理可以分為多種感應裝置，光電傳感器是感應傳感器中的一種。光電傳感器具有感應精度高、傳輸速度快、非接觸等眾多優(yōu)點，因此光電傳感器是感應傳感器中應用最為廣泛、應用最多的一種感應裝置。
1 光電傳感器概述
光電傳感器又稱為光傳感器，光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，光電傳感器的可測數(shù)據(jù)眾多，而且組裝結(jié)構(gòu)也較為簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在眾多設備中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把可見光波信號轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。新的光電器件不斷涌現(xiàn)，尤其是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁光電感應器是通過可見光波照射到我提的表面，引起物體發(fā)生電性質(zhì)變化，從而傳輸信號的，其實是自然界的一種能量轉(zhuǎn)換，把光能量轉(zhuǎn)換成電能量的轉(zhuǎn)換過程，這類轉(zhuǎn)換效應被統(tǒng)稱為光電效應。
2 光電傳感器的應用
光電傳感器作為感應傳感器中應用最為廣泛的一種感應裝置，因此被眾多設備使用，光電傳感器的應用主要有以下幾種。
2.1 煙塵濁度監(jiān)測儀
煙塵濁度檢測儀是檢測工業(yè)煙塵污染的重要工具，能夠防止工業(yè)煙塵對于大氣的污染。煙塵濁度檢測儀能夠針對煙塵源進行檢測，自動顯示和自動超標報警。工業(yè)煙塵排放通道每時段的光傳輸大小變化都不一樣，因此，煙塵濁度檢測儀就是通過這種光的傳輸變化來感知工業(yè)煙塵排放。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。
2.2 條形碼掃描筆
條形碼掃描儀在超市或商場中應用最多，主要是通過掃描筆頭在條形碼上移動時，通過對條形碼上黑白線條的顏色吸收來來傳輸信號，條形碼上的黑白線條會對發(fā)光二極管呈現(xiàn)不同的發(fā)射光，二極管把這種發(fā)射光在發(fā)射到發(fā)光三極管中，發(fā)光三極管會產(chǎn)生電流，從而形成電流信號，在經(jīng)過計算機識別來完成對信息的識別。
2.3 產(chǎn)品計數(shù)器
產(chǎn)品在傳送帶上運行時，不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路，使光電脈沖電路產(chǎn)生一個個電脈沖信號。產(chǎn)品每遮光一次，光電傳感器電路便產(chǎn)生一個脈沖信號，因此輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目，該脈沖經(jīng)計數(shù)電路計數(shù)并由顯示電路顯示出來。
2.4 光電式煙霧報警器
沒有煙霧時，發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號，沒有輸出。有煙霧時，發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號輸出，發(fā)出報警。
2.5 測量轉(zhuǎn)速
在電動機的旋轉(zhuǎn)軸上涂上黑白兩種顏色，轉(zhuǎn)動時，反射光與不反射光交替出現(xiàn)，光電傳感器相應地間斷接收光的反射信號，并輸出間斷的電信號，再經(jīng)放大器及整形電路放大整形輸出方波信號，最后由電子數(shù)字顯示器輸出電機的轉(zhuǎn)速。
3 光電傳感器的發(fā)展
光電傳感器在當前應用十分廣泛，但其實它也經(jīng)歷了長時間的發(fā)展。美國一家咨詢公司的報告顯示，2007年全球的光電傳感器市場值為500億美元，到2001年它的價值達到了近610億美元，這種發(fā)展的速度是十分迅速的。其中美國、中國、日本和加拿大是需求最多的地區(qū)，中國是光電傳感器市場增長最快的地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，光電傳感器在汽車上的應用增長速度最快，其次是遠程控制設備。近幾年來，光電傳感的技術(shù)發(fā)展最為迅速，人們對其需求也越來越大，要求也越來越高。光電傳感器已經(jīng)由最初的笨重型，遲緩型向著小型化、智能化和系統(tǒng)化法相發(fā)展。在我國，由于國家的支持，政府的鼓勵，光電傳感器已經(jīng)形成了自我研發(fā)，自我生產(chǎn)和自我應用為一體的統(tǒng)一流程，我們已經(jīng)做到了自給自足，不需要再引進國外的光電傳感技術(shù)，我們的光電傳感器在世界也得到了基本認可，但是我們還需要不斷努力，不斷改進我國光電傳感器的技術(shù)，完善光管傳感器在設備中的應用，因為雖然我們能夠自行研制光電傳感器，但是不可否認我國的光電傳感器還與國外的有一定差距，所以還需要不斷進行改善，爭取早日超越國外的先進光電傳感器技術(shù)。
4 結(jié)束語
光電傳感器作為一種新型的傳感裝置，在眾多設備中都有應用。光電傳感器具有檢測距離長、對檢測物體的限制少、響應時間短、分辨率高、可實現(xiàn)非接觸的檢測、可實現(xiàn)顏色判別、便于調(diào)整等眾多優(yōu)點，因此我們可以預見其在未來傳感裝置中有著良好的市場。因此我們必須加緊研究完善這種光電傳感器技術(shù)，為我國的核心競爭力貢獻自己的一份力量。
參考文獻
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常說“人養(yǎng)玉，玉養(yǎng)人”，所謂“人養(yǎng)玉”，是指通過佩戴和把玩使玉變得更加瑩潤美麗。至于“玉養(yǎng)人”，古人認為玉石是陰陽二氣之精華，對人有著神奇的養(yǎng)生作用。因而古人佩玉以驅(qū)邪、服食玉粉以健身，去世后還要口中含玉或穿玉衣以保遺體不腐，并手中握玉以祈來世富貴等。
從現(xiàn)代科學角度來看，許多寶玉石含有豐富而對人體有益的微量元素，如鉻、鐵等，佩戴使用玉器，能使這些有益的元素通過皮膚進入人體，保持人體內(nèi)各種元素的平衡，從而調(diào)節(jié)氣血平衡，促進身體健康。
礦物醫(yī)學研究證明，有些寶玉石會產(chǎn)生高強度的光電效應，與人體發(fā)生諧振作用，能刺激經(jīng)絡，疏通臟腑，便有了奇特療效。如水晶，李時珍在《本草綱目》記載：水晶“辛寒無毒”，主治“驚悸心熱、安心明目、去赤眼、提神、利便、補臟、降血壓、溫肺腎、熨熱腫、摩翳障”，還可“肺痛吐膿、咳逆上氣、悅顏色”?，F(xiàn)代科學則認為：水晶含有對人體有益的鐵、鎂、銅、錳、鈦、鋅、鎳、鈷等微量元素；它產(chǎn)生的電磁場可穩(wěn)定人的情緒。其他寶玉石，如金剛石被認為能“避惡驅(qū)毒氣”，現(xiàn)代科技的解釋是：金剛石能吸收太陽光的短波波段，儲存紫外光，故對人體有消毒滅菌之功能。藍寶石能緩解呼吸道系統(tǒng)的疾??；橄欖石能治氣喘和高燒引起的干渴或眩暈；綠松石、青金石能解毒。
中國古人最重視的是玉，玉的功效包括以下諸方面：
療疾、健身、長生
中國古人以玉人藥，明代李時珍《本草綱目》載：“玄真者，玉之別名也。服之令人身飛輕舉，故日：服玄真(玉石)，其命不極。”又載：“玉屑是以玉石為屑。氣味甘平無毒。主治除胃中熱，喘息煩滿，止渴，屑如麻豆服之，久服輕身長年。引別錄：潤心肺，助聲喉，滋毛發(fā)。面身瘢痕，可用真玉日日磨之，久之則自滅?！辈⒏椒絼骸靶后@啼圣惠方、痃癖鬼氣圣惠方，而身瘢痕圣濟方。”
《神農(nóng)本草經(jīng)》、《本草綱目》中記載了上百種玉石用于內(nèi)服外敷的治病方法。民間則早有孕婦分娩時用雙手握白玉以鎮(zhèn)痛助產(chǎn)的習俗，或許是精神上的安慰作用。古人為了長生不老或飛升成仙，還將玉石磨成粉后當仙藥吃掉。此食玉以成仙、長生之法顯然迷信，而以玉石在內(nèi)的礦物入藥療疾，在中醫(yī)、藏醫(yī)中至今仍是常用之法，必須遵醫(yī)生處方服用。
美容養(yǎng)顏
和田玉是最堅韌溫潤的玉種，除了可人藥之外，還被用來美容；因為古人認為它是最能蓄“氣”之物。據(jù)科技測試發(fā)現(xiàn)，和田玉石的特殊光電效應，在摩擦過程中可以積蓄能量，形成一個電磁場，相當于電腦諧振器，從而使人體產(chǎn)生諧振，從而能安定情緒、平衡生理機能。慈禧太后的美容大法之一，就是每日用白玉尺在面部搓、擦、滾。白玉尺是用珍貴的特種白玉石制成的一根短短的圓柱形玉輥子。唐代歌女龐三娘，善于化妝美容，傳說她的秘密武器也是白玉。
《神農(nóng)本草經(jīng)》載，殷紂王時曾將北方燕地所產(chǎn)的一種紅蘭制成“燕支”輔以白凈的天然礦物(特種玉石)作為粉和黛。春秋戰(zhàn)國時，美容化妝品已達20余種，《劉渭子思遺方》收錄之復方對白玉、琥珀、朱砂等礦物原料的美容作用已有明確記載。
驅(qū)邪避兇
在古人心中，玉具有神秘而神圣的力量。相傳死后，他的呼吸變成風和云，他的肌肉化成土地，而骨髓就變成玉石和珍珠，因此玉具有驅(qū)邪避兇之力。
