康普顿效应与光电效应的异同

（2）Ek
E W (2.76 2.28)eV 0.48eV
hc 7 5.18 10 m 518 nm （ 3） E
第一章 质点运动学
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8-5 光电效应与康普顿效应
* 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.
光控继电器示意图 光 放大器
8-5 光电效应与康普顿效应
（3） h 的测定
爱因斯坦方程: 遏止电势差和入 射光频率的关系
U0
1 h m v 2 W 2
h eU0 W
h W U0 e e
0
U 0 h e

U0 h e
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8-5 光电效应与康普顿效应
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
表面为止.与实验结果不符 .
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二、爱因斯坦的光量子（光子）理论
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8-5 光电效应与康普顿效应
爱因斯坦光电效应方程 （1） “光量子”能量: h （2） 解释实验
遏止电压 U 0
U0
Cs K Cu
0

电流饱和值
im I（光强）
遏止电压
im
im1
U0
im2
i
I2 I1
I 2 I1
U
U 0 与光强无关
o
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8-5 光电效应与康普顿效应
（3）经典理论遇到的困难 红限问题
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. 瞬时性问题
接控件机构
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光电倍增管
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1.实验装置
2. 实验结果
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.
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~
j 实验

8-5 光电效应与康普顿效应



波长偏移量 偏移—散射角实验
三
光的波粒二象性
（1）波动性： 光的干涉和衍射 （2）粒子性： 光子能量
E0 0 , E mc pc
2
E h（光电效应等）
E h h p c c
2 E 2 p2c 2 E0
相对论能量和动量关系 描述光的
粒子性
E h
p
h
描述光的 波动性

第一章 质点运动学
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。
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。 爱因斯坦因此而获得了1921年诺贝尔物理学奖
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1 2 逸出功与 爱因斯坦方程 h mv W 材料有关 2 对同一种金属， W一定， Ek ，与光强无关
几种金属的逸出功 金属 钠 铝 锌 铜 银 铂
W / eV
2.28 4.08
4.31
4.70 4.73
6.35
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8-5 光电效应与康普顿效应
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。 (iS ∝光电子数∝入射光强) 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。
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爱因斯坦与康普顿
8-5 光电效应与康普顿效应
1905年提出光量子（光子） 理论，成功解释光电效应。
1923年用X射线通过石墨的散射实验
进一步证明光的粒子性。光子与电子 碰撞服从能量及动量守恒定律。 第一章 质点运动学
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8-5 光电效应与康普顿效应
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：

射 线 源

散射体
散射角

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8-5 光电效应与康普顿效应


不同物质实验


※我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：
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8-5 光电效应与康普顿效应
3. 经典理论的困难 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 4. 量子解释 无法解释波长变化 . （1）物理模型 光子 y y 光子 0 电子


V
A
几种纯 金属的截 止频率
金属 铯 钠 锌 铱 铂 截止频率 0 / 1014 Hz 4.545 5.50 8.065 11.53 19.29
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8-5 光电效应与康普顿效应
eU0 Ek max
遏止电势差与入射光频率 具有线性关系.
◆瞬时性(不超过10-9s) 当光照射到金属表面上时， 几乎立即就有光电子逸出
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8-5 光电效应与康普顿效应
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）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？
hc 19 解 （1） E h 4.42 10 J 2.76eV h E p 1.47 10 27 kg m s 1 2.76eV / c c


v0 0
x
j
x
电子 入射光子（ X 射线或 射线）能量大 . E h 范围为： 104 ~ 105 eV 固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电子. 电子热运动能量 h ，可近似为静止电子. 电子反冲速度很大，需用相对论力学来处理.
散射线中含有波长发生了变化的成分—— 散射束中除了有与入射束波长 0 相同的 射线，还有波长 > 0 的射线.
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8-5 光电效应与康普顿效应
一、光电效应实验的规律
（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） 0 0 才发生光电效应， 仅当 截止频率与材料有关与光强无关 .