第二节 光子

，
2
布置作业
• 完成导学案剩余练习 • 预习下一节内容
感谢指导！
教科版
物理选修3-5
第四章 第二节
人类对光的本性认识的历史进程：
微粒说：认为光是一种粒子 代表人物：牛顿
波动说：认为光是一种波
代表人物：惠更斯 光的电磁说：光是电磁波
提出者：麦克斯韦
演示实验，获取新知
• 介绍器材，演示实验
问题1：验电器为什么张开？ 问题2：为什么用白炽灯不能发生光电效应？
一、光电效应
遏止电压
则光电子离开阴极后将受反向电 场阻碍作用。 当 K、A 间加反向电压，光 电子克服电场力作功，当电压达 到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
阳 将换向开关反接，电场反向， 极
A
K
阴 极
G
V
Uc称遏止电压。
1 2 me vc eU c 2
光电效应伏安特性曲线
I
饱 和 光 电 流
阳 极
A
K
光电子的电流
研究光电效应实验装置 紫外线经石英窗（石英对紫 外线吸收较少）照在阴极上， 便有电子逸出----光电子。 光电子在电场作用下形成 光电流。
阳 极
V
A
W 石英窗
K
阴 极
G
正向电压：对电子向阳极运动起促进作用 反向电压：对电子向阳极运动起阻碍作用
光电效应的实验规律：
①只有当入射光的频率高于某一频率v0时才能发生光电 效应，把这一频率v0叫截止频率，也叫极限频率 ② 只要光的频率大于截止频率，即使用极弱的入射 光，光电子总能立刻（10-9s）发射出来 ③当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，光 电流的大小由光强决定，光强越大，光电流越大 ④光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射 光的频率有关，它随入射光的频率增大而增大

2019年3月，科学家们利用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜和欧州航天局盖亚任务的观测数据来对银河系质量进行估计，得出的结果是约为1.5万亿太阳质量。 [1] 1750年—英国天文学家赖特（Wright Thomas）认为银河系是扁平的。1755年—德国哲学家康德提出了恒星和银河之间 可能会组成一个巨大的天体系统；随后的德国数学家郎伯特（Lambert Johann heinrich）也提出了类似的假设。 1785年—英国天文学家威廉·赫歇耳用“数星星”的方法绘制了一张银河图，在赫歇耳的银河图里，银河系是偏平的，被群星环绕，其长度为7000光年，宽1400光年。我们的太阳处在银河系的中心，这是人类建立的第一个银河系模型，它虽然很不完善，但使人类的视野从太阳系扩展到银 河系广袤的恒星世界中。 1845年—罗斯勋爵发现第一个漩涡星系M51。1852年—美国天文学家史帝芬．亚历山大声称银河系是一个旋涡星系，却拿不出证据加以证明。1869年—英国天文学作家理查．普洛托克提出相同的见解，但一样无法证实。1900年—荷兰天文学作家科内利斯．伊斯顿公布银河系漩涡结构图， 然而旋臂及银心都画错了。 1904年，恒星光谱中电离钙谱线的发现，揭示出星际物质的存在。随后的分光和偏振研究，证认出星云中的气体和尘埃成分1905年，赫茨普龙发现恒星有巨星和矮星之分。1906年，卡普坦为了重新研究恒星世界的结构，提出了“选择星区”计划，后 人称为“卡普坦选区”。他于1922年 得出与F.W.赫歇耳的类似的模型，也是一个扁平系统，太阳居中，中心的恒星密集，边缘稀疏。在假设没有明显星际消光的前提下，于1918年建立了银河系透镜形模型，太阳不在中心。到二十年代，沙普利模型已得到天文界公认。由于未计入星际消光效应，沙普利把银河系估计过大。到 1930年，特朗普勒证实星际物质存在后，这一偏差才得到纠正。 1913年，赫罗图问世后，按照光谱型和光度两个参量，得知除主序星外，还有超巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星五个分支。科内利斯．伊斯顿再度公布错误的银河系漩涡结构图。 1917年，美国天文学家沙普利（Harlow Shapley）用威尔逊山天文台的2.5米反射望远镜研究当时已知的100个球状星团，通过观测其中的造父变星来确定这些球状星团的距离。 1922～1924年美国天文学家哈勃发现，星云并非都在银河系内。哈勃在分析M31仙女座大星云一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外。这项于1924年公布的发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。 1926年—瑞典天文学家林得·布拉德（Lindblad Bertil）分析出银河系也在自转。1927年，荷兰天文学家奥尔特定量地测出了银河系的较差自转，进一步证明太阳确实不在银河系中心。

光⼦照射剂量学第六章光⼦照射剂量学光⼦即X射线与(γ)射线的总称，是现代放射治疗中应⽤最⼴泛的射线之⼀，掌握好X射线与(γ)射线照射剂量学的各种特性，将能更好地利⽤X射线与(γ)射线的特性为肿瘤病⼈制定⼀个系统的、全⾯、完善治疗计划，使病⼈能够得到最佳的治疗⽅案，以减轻病⼈的疾苦，提⾼疗效。

第⼀节原射线与散射线⼈体或模体中任意⼀点的剂量可分为原射线和散射线剂量贡献之总和。

⼀、原射线是指从放射源（或X射线靶）射出的原始X（γ）光⼦，它理解为射线经电⼦打靶后（或辐射源）直接产⽣原始X（γ）光⼦,穿过过程中没有碰到任何物体或介质⽽产⽣散射，经常⽤零野来表⽰，它在空间或模体中任意⼀点的注量遵从平⽅反⽐定律和指数吸收定律。

⼆、散射线包括：①上述原射线与准直器系统相互作⽤产⽣的散射线光⼦，准直器系统包括⼀级准直器、均整器、治疗准直器、射线挡块等；②上述原射线以及穿过治疗准直器和射野挡块后的漏射线光⼦与模体相互作⽤后产⽣的散射线。

区别这两种散射线是很重要的，例如加射野挡块时，对射野输出剂量虽有影响，但影响很⼩，⼤约只有不到1％的范围，但却减少了模体内的散射剂量。

，散射线来源于射线穿过⼀级准直器、均整器、治疗准直器（包括射野挡块）的射线，它射线质⽐较硬，穿透⼒⽐较强，对输出剂量的影响类似于原射线的影响，故⼀般将这种散射线归图6-1原射线与散射线⽰意图属于始发于放射源（或X射线靶）的原射线的范围，称为有效原射线（图6-1），由它们产⽣的剂量之和称之为有效原射线剂量，⽽将模体散射线产⽣的剂量单称为散射线剂量。

这样规定以后，模体中射野内任意⼀点的原射线剂量可理解为模体散射为零时的该射野的百分深度剂量。

第⼆节平⽅反⽐定律X （γ）光⼦射线产⽣后，在空⽓或介质中的衰减，必然要遵照距离平⽅反⽐定律进⾏衰减，也就是说，在理论上只要有⾜够的距离，就能够把射线衰减到⽆穷⼩。

如果已知某点处的剂量，⽽需要知道另⼀特定点的剂量，则可以根据距离平⽅反⽐定律来进⾏换算，若令f 1为标准源⽪距f 标，f 2为⾮标准源⽪距f ⾮标，则：PDD ⾮标＝PDD ⾮标F ＝22f f d PDD f f d +?? ? ? ? ?+??⾮标标标标⾮标 (6-1) 其中 d m D D PDD 标标标＝ d m D D PDD ⾮标⾮标⾮标＝若令 'd m D D PDD ⾮标⾮标标＝则因 D m 标＝2m m m f d D f d ??+? ? ?+??⾮标⾮标标（距离平⽅反⽐定律） (6-2)所以 2'd m D D m m f d PDD f d ??+? ? ?+??⾮标标⾮标⾮标⾮标＝＝2m m f d PDD f d ??+? ? ?+??标⾮标⾮标(6-3) ＝ 2f d k f d ??+= ? ?+??标⾮标⼜因f 标≥d m ，f ⾮标≥d m 所以， PDD ⾮标＝2f d PDD f d ??+? ? ?+??标标⾮标=k PDD ?标 (6-4) 式中 2f d k f d ??+= ? ?+??标⾮标根据k 因素（图6-2）的定义，可以利⽤标准源⽪距下的百分深度剂量换算成⾮标准源⽪距下的以标准源⽪距下参考剂量点为100％的所谓百分深度剂量，这样既简化了计算，⼜给图6-2 K因素的定义⽰意图常规剂量测量提供了⽅便。

光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。

所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。

光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类。

一．外光电效应(External photoelectric effect)在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。

根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。

因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该物体的表面逸出功A。

各种不同的材料具有不同的逸出功A，因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λo)，称为“红限”。

当入射光的频率低于νo时(或波长大于λo)，不论入射光有多强，也不能激发电子；当入射频率高于νo时，不管它多么微弱也会使被照射的物体激发电子，光越强则激发出的电子数目越多。

红限波长可用下式求得：(8-2)式中. c——光速。

外光电效应从光开始照射至金属释放电子几乎在瞬间发生，所需时间不超过10-9s。

基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。

图8.3 光电管图8.4 光电管受光照发射电子光电管种类很多，它是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管，结构如图8.3与电源连接在管内形成电场。

光电管的阴极受到适当所示。

图8.4阳极通过RL的照射后便发射光电子，这些光电子在电场作用下被具有一定电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流。

电阻R上产生的电压降正比于空间电流，其值与L照射在光电管阴极上的光成函数关系。

如果在玻璃管内充入惰性气体(如氩、氖等)即构成充气光电管。

由于光电子流对惰性气体进行轰击，使其电离，产生更多的自由电子，从而提高光电变换的灵敏度。

光电倍增管的结构如8.5所示。

在玻璃管内除装有光电阴极和光电阳极外，尚装有若干个光电倍增极。

光电倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料。

光电倍增极的形状及位置设置得正好能使前一级倍增极发射的电子继续轰击后一级倍增极。