大学物理量子力学初步02光电效应和康普顿效应

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1、1金属及其化合物在电磁波照射下发射电子的现象称为光电效应，所发射的电子称为光电子。实验装置：GD为光电管，光通过石英窗口照射阴极K，光电子从阴极表面逸出。光电子在电场加速下向阳极A运动，形成光电流。实验规律如下：ARiVAKGDI1.2光电效应演示qh21.实验规律：在频率一定时，单位时间内，阴极K逸出的电子数N与入射的光强成正比。即饱和光电流强度与入射光强度成正比。ARiVAKGDI①光强I对饱和光电流im的影响：3与频率有关，Uc0CsNaCa截止电压Uc与光强I无关,K…常数；U0与材料有关。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

2、UC时，光电流恰为0。UC称截止电压。ARiVAKGDI截止电压的大小反映光电子初动能的大小。②频率的影响：4产生光电效应的必要条件：入射光频率大于阴极材料的截止频率0----红限对于每种金属材料，都相应有一确定的截止频率0。当入射光频率>0时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率<0时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。存在红限频率5*能解释①：经典理论认为光强越大，能量越多，打出的光电子多，饱和电流应该越大。2.波动理论的困难③光电转换时间极短<10-9s(即使光非常非常弱)。*不能解释②：经典理论认为光强越大，能量越多，光电子的初动能也该大。初动能

3、应正比光强，不应与频率有关。而且经典理论认为只要光强足够大，总能有光电子产生，无法解释红限的存在。*不能解释③：经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。6一.爱因斯坦的光子理论(1905年)光的发射、传播、吸收都是量子化的，一束光就是以速率c运动的一束光子流。光子能量（不是nh）发展了普朗克开创的量子论：1.3光的二象性光子光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为的光是由大量能量为E=h光子组成的粒子流，这些

4、光子沿光的传播方向以光速c运动。7在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子的初动能Ek。由能量守恒可得出：A为电子逸出金属表面所需作功的最小值，称为逸出功。二.光子理论对光电效应的解释①饱和光电流正比于光强的解释光强正比于单位时间流过单位面积的光子数。光强越大，光子数越多。金属内电子吸收一个光子可以释放一个光电子。光强越大，光电子越多，光电流越大。8不同金属具有不同的红限频率。与实验得到的红限频率完全一致。对比实验规律得出初动能及反向遏止电压与成正比，而与光强无关。②的解释截止频率0（红限）的解释9电子吸收光子时间

5、很短，只要光子频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关。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。密立根整整化了10年时间，克服了重重困难，利用巧妙而复杂的装置，于1915年完成了光电效应的高精度实验。密立根----密立根在实验中精确地测量得斜率K，计算得普朗克常数h=6.5710-34J·s③光电效应瞬时性的解释10这对爱因斯坦光子假设也是极大的支持。两个不同的理论与实验得出如此接近的结果，这在量子论发展初期具有极为重大的意义。密立根----1923年诺贝尔物理学奖密立根

6、还通过著名的油滴实验研究基本电荷，证明电荷有最小单位。爱因斯坦----1921年获诺贝尔物理奖光子的能量：光子的质量：光子的动量：=h普朗克根据黑体辐射实验求得h=6.35810-34J·s光子11产生的光电子最大动能Ek=1.0eV。求能使该金属产生光电效应的入射光的最大波长。解：例题：以波长λ=410nm的紫光入射某种金属时，12解：例题：钾的截止频率0=4.621014Hz，以波长=435.8nm的光照射，求钾放出光电子的初速度。13解：能量动量质量例题：求波长为20nm紫外线光子的能量、动量及质量。14=h=式中康普顿散射是光显示出其粒

7、子性的又一著名实验。1922-1923年，康普顿研究了X射线在石墨上的散射：光子的能量：光子的动量：称为波矢量通常令，圆频率=2，1.4康普顿散射15光阑X射线管晶体探测器X射线谱仪（测波长测强度）石墨体(散射物质)j0散射波长一.康普顿散射的实验装置与规律：16康普顿正在测晶体对X射线的散射按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！171.除原波长0外，出现了移向长波方向的新的散射波长。但是，散射中出现了≠0的现象，称为康普顿散射。波长的偏移为=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj...............

8、.....