康普顿效应与光电效应的异同教学内容.ppt

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1、康普顿效应与光电效应的异同一、光电效应实验的规律VA（1）实验装置光照射至金属表面,电子从金属表面逸出,称其为光电子.（2）实验规律截止频率（红限）几种纯金属的截止频率仅当才发生光电效应，截止频率与材料有关与光强无关.金属截止频率4.5455.508.06511.53铯钠锌铱铂19.29电流饱和值遏止电压◆瞬时性(不超过10-9s)遏止电势差与入射光频率具有线性关系.当光照射到金属表面上时，几乎立即就有光电子逸出（光强）遏止电压与光强无关按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表

2、面为止.与实验结果不符.（3）经典理论遇到的困难红限问题瞬时性问题按经典理论,无论何种频率的入射光,只要其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属.与实验结果不符.光量子理论一个光子的能量与其辐射频率的关系是ne2pwehnhhw式中h为普朗克常数，w2pn为角频率，2phh光，是一种以光速运动的粒子流，这种粒子称为光量子或光子。hn辐射频率越高的光子其能量越大。一束频率为的单色平行光的光强，n等于单位时间垂直通过单位横截面积的光子数目与每一光子能量的乘积。hn二、爱因斯坦的光量子（光子）理论爱因斯坦光电效应方程（1）“光

3、量子”能量:（2）解释实验几种金属的逸出功金属钠铝锌铜银铂2.284.084.314.704.736.35爱因斯坦方程逸出功与材料有关对同一种金属，一定，，与光强无关◆光子理论成功地解释了光电效应实验规律n频率一定，光强越大则单位时间打在金属表面的光子数就越多，产生光电效应时单位时间被激发而逸出的光电子数也就越多，故饱和电流与光强成正比。IimInhn每一个电子所得到的能量只与单个光子的能量有关，即只与光的频率成正比，故光电子的初动能与入射光的频率成线性关系，与光强无关。nI一个电子同时吸收两个或两个以上光子的概率几乎为零，因

4、此，若金属中电子吸收光子的能量即入射光频率时,电子不能逸出,不产生光电效应。,nhA()hn0Ann0光子与电子发生作用时，光子一次性将能量交给电子，不需要持续的时间积累，故光电效应瞬时即可产生。nh爱因斯坦因此而获得了1921年诺贝尔物理学奖(iS∝光电子数∝入射光强)（3）的测定爱因斯坦方程:遏止电势差和入射光频率的关系三光的波粒二象性光子能量（2）粒子性：（光电效应等）（1）波动性：光的干涉和衍射描述光的粒子性描述光的波动性相对论能量和动量关系波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.求（1）这种光的光子能量和动量；（2

5、）光电子逸出钠表面时的动能；（3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？解（1）（2）（3）例*光电效应在近代技术中的应用光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.光电倍增管放大器接控件机构光光控继电器示意图1.实验装置2.实验结果四.康普顿效应1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分.偏移—散射角实验rlll0波长偏移量检测系统晶体l0l4j5rlj153l0lrlj09l0lrlj散射角l0j0射线源Xl0散射体jlr随的增大而增大，与物质种类无关。rl~j实验不同

6、物质实验j153j153j153不同散射物质的实验对同一散射角jl0lrll0lrll0lrlZ16Z26X射线X射线X射线Z6原子序数原子序数l0l0l0原子序数碳C碳硫硫S铁铁FeFe※我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：ll0谱线的强度增强；谱线的强度减弱。lr各种散射物质对同一散射角，波长偏离量相等。j若散射物质的原子序数增加，散射线中电子反冲速度很大，需用相对论力学来处理.（1）物理模型入射光子（X射线或射线）能量大.固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电子.4.量子解释光子电子电子光子电子热运动能量，可近似

7、为静止电子.范围为：经典电磁理论预言，散射辐射具有和入射辐射一样的频率.经典理论无法解释波长变化.3.经典理论的困难（2）理论分析能量守恒动量守恒散射光波长的改变量仅与有关散射光子能量减小（3）结论康普顿公式康普顿波长nm1043.2m1043.23120C--χ=χ==cmhl（4）讨论（5）物理意义若则,可见光观察不到康普顿效应.与经典理论一致.光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性.微观粒子也遵守能量守恒和动量守恒定律.与的关系与物质无关，是光子与近自由电子间的相互作用.散射中的散射光是因光子与金属中的紧束缚电子（原子

8、核）的作用.康普顿公式康普顿、光电效应比较康普顿效应与光电效应的异同康普顿效应与光电效应都涉及光子与电子的相互作用。在光电效应中，入射光为可见光或紫外线，其光子能量为ev数量级，与原子中电子的束缚能相差不远，光子能量全部交给电子使之逸出，并具有初动能。光电效应证实了此过程服从